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一条令人绝望的物理定律-熵增原理
2022-09-19

物理主要是用于研究物质最一般的运动规律以及物质的基本结构的一门学科,他的研究范围大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最一般的运动形式和规律,它是自然科学的带头学科,因此也是其他各自然科学学科的研究基础。

发现一条物理定律的存在应该是让人兴奋的,因为它往往可以发挥造福人类和社会的作用,但是有一条物理定律的存在却是令人绝望的,科学家还对此表示宁愿没有发现它,那么这是一条怎样的物理定律呢?

物理这门学科注重科学实验,崇尚理性,拥有严谨精密的逻辑推理,这门学科开始于伽利略和牛顿的年代,万有引力就是牛顿于1687年在《自然哲学的数学原理》一书中发表的,万有引力的发现是17世纪自然科学最伟大的成果之一,第一次解释了一种基本相互运动的规律,为以后物理学的发展做出了贡献,总之,物理定律的发现对物理学的发展是十分重要的。

一条新的物理定律的发现就如同打开了一扇新世界的大门,随着物理定律的不断发现,也能不断的推动着我们人类科学技术的发展,但是在现在所发现的物理定律中,有一条令人绝望的物理定律,甚至有的科学家表示宁愿没有发现这条物理定律,这条物理定律就是热力学第二定律,它还有另外一个名称为熵增定律。

那么这条热力学第二定律为什么会使人绝望呢?首先热力学第二定律是热力学的基本定律之一,它也在热力学第一定律的基础上有了新的发展,在热力学第一定律中表示,能量是守恒的,无法凭空创造出能量,所以试图创造出来一类可以不断输出能量的永动机是不可能的,但是如果从自然界中提取热量驱使永动机转动,不断地向外做功,这样也没有违背能量守恒定律,被认为是第二类永动机。

但是这个希望在热力学第二定律的发现之时就破灭了,热力学第二定律认为第二类永动机也是不可能存在的,它认为尽管能量是守恒的,但是有效的能量会变得越来越少,比如我们在日常生产中经常使用的煤炭,尽管煤炭的有用能十分充足,但是煤炭在燃烧过后所释放出来的能量是不可能全部用来做功的,会产生一部分废热。

就此也引出了熵增原理,引用了“熵”来表示有用能的多少,能够用来做功的能量和熵的大小是成反比的,能够用来做功的能量越大,熵就越小,反之,能够用来做功的能量越小,熵就越大。

我们还以煤炭为例子,在没有燃烧之前的煤炭熵的值越小,在燃烧之后所剩下来的煤渣熵的值就越大。在熵增原理中表示处于一个孤立的系统之中有用能会越来越少,而熵反而会变得越来越大。

所以尽管根据热力学第一定律来看,第二类永动机没有违背能量守恒定律,但是根据熵增原理来看,如果不断的从自然界中提取热量驱使永动机转动,就此实现持续的做功,使有用功不断增加的话是违背熵增原理的,所以这类永动机也是不会被创造出来的。

并且熵也可以用来表示系统的混乱程度,混乱系数越小,熵就越小,反之,熵就越大。在孤立的系统之中,熵就会自发的增加,混乱系数也会增加,并且熵增原理是不可逆的,比如,破镜不会自发重圆,根据这条物理定律会得到一条令人绝望的宇宙大结局,就是热寂。

如果宇宙是一个孤立的系统,熵也会自发的不断增加,宇宙的混乱系统也会不断增加,有用能会不断减少,并且我们人类和其他生命为了生存也会不断消耗有用能,这样一来会不断增加整个宇宙的熵,加速宇宙的灭亡。

宇宙消耗完所有的自由能之后整个宇宙就会处于热平衡之中,进入热寂的状态。所带来的影响就是宇宙会停止运行,所有生命都会不复存在。希望我们从这条物理定律中可以有所领悟。