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如果熵总是增加,生命怎么可能存在?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-06-21 09:03:27

实际上有一种非常简单的方法来解释这种现象,不需要对化学、生物、热力学、数学和物理有深入的理解。

你所需要的是热力学第二定律的基本定义,熵,一杯咖啡和牛奶。

人们继续谈论孤立系统,开放系统,等等,但是许多像你一样的人,亲爱的读者,仍然摸不着头脑。

首先,我们必须理解热力学第二定律到底是什么,以及熵到底是什么。

热力学第二定律:

孤立系统的总熵永远不会减少。

或者换一种说法:

在孤立系统中,熵总是增加的。

但这意味着什么呢?

自然界的一切系统总是趋向于平衡。或者换一种说法,自然界中的系统,从一个有大量可用能量做功的状态开始,然后它们,移动到一个没有可用能量做功的状态。

因此,我们可以定义熵是什么。熵是对孤立系统中不可用能量的度量。

我们可以说,一个平衡的系统处于高熵态,因为因为系统处于平衡状态,没有更多的可用能量来做物理功。

这是否意味着熵必然是无序的?不。无序是一个很不幸的类比,这个类比显然做得不好,因为有些人把熵定义为无序,但仍然不能用我刚才的方法来描述熵。

熵的一个更好的术语是平衡。熵小的系统不处于平衡状态,而熵大的系统接近平衡状态。

只是一个非常简单的例子来解释我的意思。一杯苏打水里有冰。当这两个系统相互作用时,汽水会变冷,而冰会变暖。这将一直持续到冰融化,因为苏打比冰更热。但是通过与冰接触,苏打水会变冷。这个过程会一直持续到你得到一杯温热的苏打水为止。换句话说,一个处于平衡的孤立系统。换句话说,一个具有最大熵的孤立系统,没有更多的可用能量来做物理功。

如果熵总是增加,生命怎么可能存在?

一个简单易懂的例子。

因此,我用简单的术语描述了熵是什么。

但热力学第二定律到底是什么呢?

它说的是,对于任何一个孤立的系统,当系统达到平衡或者进入高熵的状态时,可以做功的能量会减少。

为了解释,我们端上一杯咖啡和牛奶。

最初,我们把牛奶和咖啡分离在玻璃杯里。

第二步,我用勺子开始搅拌,你会注意到有些地方的熵值较高,有些地方的熵值较低,在中间的地方你会看到复杂的漩涡和卷须当牛奶和咖啡混合时。一旦系统混合,我们可以说系统的熵是最大的,换句话说,它不能再混合了。

如果熵总是增加,生命怎么可能存在?

有人可能把它描述为从有序状态到无序状态,但这掩盖了实际情况。

我们可以简化它,说咖啡从一个简单状态开始,移动到一个复杂状态,然后移动到另一个简单状态。

但牛奶或咖啡的分子本身却没有一个发生变化。这里的结论是,在一个孤立系统中,物质的数量是有限的,这意味着它只能在有限的时间内以不同的方式排列,直到它达到最大熵,这时就不能再发生了。

这如何适用于宇宙和生命?

现代物理学告诉我们,宇宙一开始是一个稠密、平滑、高度有序的状态。换句话说,就是一种简单有序的状态。

宇宙不可避免的尽头是达到最大的熵状态,没有光,没有可用的能量,什么都没有,这被称为“宇宙热死”。换句话说,就是一种简单而无序的状态。

我们生活在这两种状态的中间,我们还没有达到分子和原子能够以新的、新颖的方式排列自己的最大时间。

这将持续发生数万亿年,直到宇宙达到最大熵的状态,不再发生相互作用。

生命只是分子以独特新颖的方式排列自己的结果,也是宇宙整体趋向于完全平衡,或者换句话说,最大熵的结果。
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