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科普:為什麼時間不能倒流?其實“熱力學第二定律”就能解釋

時間是奇妙的,是伴隨我們一生的,那麼為什麼時間是單向流動的?其實用熱力學第二定律就能夠解釋清楚。回顧十九世紀,工程師們十分關注蒸汽機的效率,火會有多熱呢?

蒸汽機應該靠什麼發動?是水力嗎?還是應該依靠其他的東西?

這些問題都是十分深奧晦澀的。

由此產生了熱力學這門科學,這是熱、溫度、能量等概念第一次作為科學詞彙出現。

隨著更深入的探究,對於理解熱的概念、宇宙演變以及時間流逝的種種問題,似乎出現了最重要的物理定律,它被稱為熱力學第二定律。

熱力學第二定律之所以如此深刻,是因為它的核心包含了一個全新的概念,物理學家們將此稱作熵。

熵解釋了為什麼物質會任由大自然地擺佈,砂漿的碎裂,玻璃的破碎,建築的倒塌,理解事物的正確方法不是單一地去看待它,而是將它看成是由許多部分組成的整體,就像這些沙粒組成了這堆沙子。

現在熵是一種測量方式,我可以重新排列這些沙粒,同時保持沙堆不變,有許多種方法可以做到這一點,我可以對這堆沙子做許多事,就算我弄亂這堆沙子或是移動它,都完全不會改變原有的形狀或結構,按熵的概念來說:這個沙堆有極高的熵,因為我有許多方式能夠重構它的成分,卻不改變它。

現在,讓我在宇宙中制定一些秩序規則,現在沙堡中的沙粒和沙堆中的數量差不多,但是現在我對它所做的任何事情都會弄亂它,並破壞掉這個完美的結構。正因為如此,沙堡的熵值很低,這是一個更加有序的狀態;

所以,在高熵的情況下,有很多方法可以在不改變結構的情況下重新排列沙粒,但在低熵情況下 很少有方法能重新排列沙粒而不改變它的結構。

我現在在想象如果將沙堡放在沙漠中一整天,接下來會發生什麼似乎是顯而易見的;

沙漠中的風會把沙子吹走,這個沙堡也就被破壞了,它將會變成碎裂的,變得不那麼有序

但是思考一下,在基礎層面將會發生什麼呢?

風將會把沙堡中的沙子吹到某個地方並形成一個沙堆。

沒有任何的基本物理定律說,是因為它們的形狀恰好是沙堡的形狀,所以風不能從這裡吹起沙子,將沙子沉積在這裡。所以,原則上風可以自然地建造一個沙堡,目前還沒有理由能解釋那為什麼不能發生。

這是完全不可能的,因為幾乎沒有任何方法能夠將沙子組起來,使它看起來像個城堡。但極有可能的是,當風吹動沙子的時候,它會把低熵結構城堡,變成一個高熵結構,也就是沙堡。

所以說,熵值是會增加的,為什麼呢?因為它發生的可能性極高,沙堡不會在風吹的情況下自然形成,這一定律解決了物理學中最深奧的謎團之一。這似乎令人難以置信。

但是透過熵總是增加這一定理。熱力學第二定律能夠解釋,為什麼時間是單向流動的。

分類: 健康
時間: 2021-10-29

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