能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

通俗点,就是事务和物质自有序向无序发展的总规律。

原子有规律吧?

质子,外面是电子围绕。

只要不发生聚变裂变,原子会永生嘛?

不会。

氢氦两大基本元素,在宇宙诞生后38万年温度下降的时候就诞生了。正反物质湮灭残余下万分之一的正物质微粒结合,锁定大爆炸赋予的初始能量,形成原子。

但是,当一个不能想象的时间后,质子会耗尽初始能量,衰变为更小的粒子。

这就是有序向无序。原本一堆微粒因为宇宙大爆炸的能量影响结合成质子,最终又因为熵增还原为粒子。

以银河系为例。

最初是某一个黑洞形成,吸引吞食合并成一个更大的黑洞,周围的氢气及已经成型的恒星等汇集在黑洞周围,形成更大的一个质量中心,吸引更多的物质与星球形成原始银河系,再吞并吸引更多。

然后呢?

有序结束了。伴随自身不断衰减,当暗能量更强大的时候,银河系的黑洞无法再控制恒星,发生解体。恒星就带着行星流浪在宇宙中。当恒星也无法控制行星后,恒星系发生解体。

熵整体上是不可逆的,除非给予更高的能量去对冲而逆转熵。所以,宇宙作为一个整体也在不断熵增,也就是无序化。

当前,宇宙有序运转。但是从宏观与微观两方面来说,宇宙最终只有一个结局。

宇宙所有物质、星系、恒星,所有一切最终被撕裂为基本粒子,成为一锅稀薄得无法想象的薄汤。稀薄得任意两个粒子发生碰撞都不大可能再发生,宇宙就此湮没下去,我们无法理解的暗能量继续动这个无比巨大的空间继续扩张。

今日,我们还能看见繁星,还有浩瀚宇宙的图像,是我们的幸运。大约50亿年之后的银河系与仙女星系合并,引发最后一次爆恒星潮,然后银河仙女系就是一个垂死挣扎的暮年集合体了。此时,若有智慧生命存在,将看不到银河仙女星系之外的任何星系,我们将永远被困在这里,等待宇宙的终结。因为,此时其他星系的光都永远到不了我们眼前。

能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

简单说,熵就是事物接近混乱状态的程度,事物越无序越混乱,熵越大。世间万物都有从高有序度转向低有序度的自然倾向,这就是熵增的趋势。就好像人人都有懒的时候,想象下,一个小区,当无人清理的时候,环境就会开始乱糟糟,这就是熵增。

通常,瓶子破碎了玻璃渣比较容易,要想从玻璃渣恢复到整个瓶子就要耗费能量。周围的环境更容易变得脏乱差,而想要恢复整洁有序的环境,就要去做功才能实现,要有能量的消耗。世间万物,就连宇宙也逃不过熵增的咒语,逐渐混乱,最终达到温度平衡,整个宇宙处于冰冷寂寥的死亡状态。

但对于生命体,薛定谔一早就提出,是以负熵为生的,也就是生物体可以靠吃喝呼吸,对外的物质交换来维持生命体的有序,这就相当于从周围环境中获取有序。人从生到死,就是熵增到了最大值。

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能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

通俗说熵

物理学上最高最牛一个字的概念:熵。

熵是什么概念呢?

“熵”是一种无序程度的量度,意思是越混乱越无规律熵值就越大,反之熵值越小。举个例子:一个环境温度20摄氏度,白水温度20摄氏度,蓝钢笔水20摄氏度。然后把蓝钢笔水滴一滴到白水烧杯中,你将看到慢慢的蓝钢笔水散开了,最后,整个烧杯的白水都变蓝了,而且是均匀的。熵——就是表达这样一个分布程度的量。你可以把蓝钢笔水看做是能量,把能量注入系统后,能量向均匀分布方向发展,这时候熵增大。

如果我们把全过程录像后倒着播放(反着播放),就可以看到蓝色在聚集,最后成一滴,这就是熵在减少——这样的情况是不会发生的。不论正着播放还是反着播放,假设整个过程有60秒,每10秒为一个阶段,我们就有6个状态,熵就是用数字的形式描述这6个状态的量。

生命与负熵

热力学第二定律说道,在孤立的热力学系统中,系统的熵永不减少.无数的自然现象都在印证着熵增原理的正确性.生命现象却是个例外,生命是一个总是维持低熵的奇迹。一个生命,在它活着的时候,总是保持着一种高度有序的状态,各个器官各个细胞的运作井井有条。其秘诀是它与外界的物质能量交换,即新陈代谢。新陈代谢的本质是什么呢?答案是:从环境中不断地吸取负熵,生命以负熵为生。负熵就是熵的对立,熵代表的是无序,而负熵表示的是有序。

能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

熵的概念源自热力学,用于表征系统的无序度(或说混乱度)。无序度越高,熵越大,系统也越稳定。在热力学中,无序是指系统所能达到的不同微观状态的数量,因为系统有一个特定的组成、体积、能量、压力和温度。

热力学第二定律表明,孤立系统总是存在从高有序度转变成低有序度的趋势,此即为熵增原理。例如,打碎的玻璃无法复原、墨水滴入清水中会逐渐分散、鲜花开放会使周围香气四溢。这些自发过程都是不可逆的,系统的混乱度会变高,即熵会增加。按照熵的定义,同一种物质在不同状态所具有的熵是以如下的顺序排列:气态>>液态>>固态。

此外,温度也会影响系统的熵。举个例子,用火加热水壶中的水,不久后,水就会沸腾。本质上,火的热量使水分子的热运动加剧。如果热源被移走,水会自发地冷却到室温。这也是由熵增引起的,因为水分子倾向于消耗掉所积累的势能,从而会把热量释放掉,最后处于一种较低势能的状态。

我们知道,从大爆炸以来,宇宙一直在不断膨胀。如果我们的宇宙是一个孤立的系统,由于熵增原理,宇宙的无序度会随着膨胀而逐渐增加。在一定的时间之后,熵增加到最大,宇宙的无序度达到最大,最终整个宇宙达到热平衡的状态,一切演化全部终止,这是宇宙的可能归宿之一,即热寂。然而,如果宇宙中存在某种机制能够使熵减少,比如真空中的随机量子涨落,宇宙最终可能又会回到最初的奇点,进而再次大爆炸。

能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

熵的定义与热力学定律特别是热力学第二定律息息相关。简单来讲,熵在物理意义就是衡量事物混乱程度的度量!

在孤立系统中,万事万物总是向着更混乱(无序)的方向发展,也就是向着熵增大的方向变化,这就是熵增原理。而我们的宇宙可以看做一个十分庞大的孤立系统,所以宇宙总是向着混乱的方向变化(熵越来越大)!

举个形象的例子,你家的房子几天不打扫,只会越来越混乱(无序),不会越来越干净,说白了,熵会越来越大!而想要房子变干净(熵减),必须向外释放能量,本质上会制造更大的无序!

熵,并非一个想象的东西,而是有一个简单明了的公式加以描述,这个公式是由玻尔兹曼提出的,在他去世后该公式被刻在玻尔兹曼的墓碑上!

熵增原理告诉我们,宇宙总是会无情地向着更加无序的方向发展,这是谁也阻止不了的!最终宇宙会走向彻底的无序!

但目前我们看到的各种有序环境与熵增原理并不矛盾,熵增的大趋势并不反对某个时间段某个区域的熵减(有序),所以人类存在的意义某种程度上就在于在宇宙无情地走向无序的过程中,最大程度上创造属于我们自己的有序环境!

能否尽量通俗地解释什么叫做“熵”?

这样说好了,你出门没带哈士奇,结果回到家发现哈士奇把家给拆了,这个时候你家的熵达到最大值;正在这个时候你老婆回家了,把刚被哈士奇拆的家又收拾得井井有条,这个时候你家的熵又恢复到零或最小。但是如果你老婆跟你说她不跟你过了让你和哈士奇过吧,而你对哈士奇所做的一切熟视无睹,这个时候你家里会越来越乱,放任的结果就是熵增定律。

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