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数百年前,人类走上了科学发展的道路,科技给人类文明指引了新的方向,让我们对这个世界的认识不断加深,并且在上个世纪中叶还走出了地球开始重新认识宇宙。
科技想要飞速发展,需要科学理论的指引,而这些伟大的科学理论其实本身随着宇宙的诞生而出现。只不过,它们都隐藏在宇宙中,需要科学家去不断探索发现它们。
我们发现探索到的科学理论越多,对万物,对宇宙的认知也会越多。不管是牛顿的万有引力定律还是爱因斯坦的相对论,都让我们重新认识了物质世界,对宇宙有了全新的认知。
随着人类科技的不断进步,发现的科学理论也越来越多。这些科学理论实现了人类文明的飞速前进,让我们对人类的未来越来越充满希望,可是当一个物理理论被发现之后,却让人们心生绝望。
这个科学理论就是热力学第二定律:熵增定律,对于这个颠覆人们认知的理论,相信不少朋友都听说过。那么什么是熵增定律?在热力学中,它通常被用来描述一个不可逆的过程,即热量从高温物体移动到低温物体。
而在正常情况下,它常被用来描述孤立系统中的混乱(无序)程度,“熵”值越大混乱程度越高。例如,我们穿的衣服会越来越旧,房子会越来越旧等,这些都是熵增的过程,是不可逆的一个过程。
通过熵增定律,我们认知到了万物的结局,认识到了天体的消亡也是熵增的新技术。更重要的是通过熵增定律,我们似乎看到了宇宙最终的结局,同样也是消亡,熵增是一个正向不可逆的过程,我们不用怀疑它的真实性。
那么我们常常说有正就有负,宇宙中存在熵增,那是否存在负熵?宇宙万物目前还没有发现负熵的东西,可万事没有绝对,如果说宇宙中什么东西可能是负熵,那很多人都会想到是生命。
没错,生命是宇宙中出现的最神秘的事物,无人知道生命是如何起源的。而生命的本质可以有多种描述,比如生命的本质就是基因的进化演化。著名物理学家薛定谔在其著作《生命是什么》中指出,生命以负熵生,其本质是一个负熵系统,一个能够通过摄入环境中的负熵使得自身不和外界环境热平衡的系统。
没错,生命系统就是一个负熵系统,别的事物从诞生的那一天起熵值就会不断增加,从最初的有序变为无序,最后走向消亡。可是生命则不同,虽然在很多人看来,生命也有寿命,这应该也是一个熵增的结果。可是我们不要忘了,生命的寿命却是可以改变的,人类的寿命从远古时期到现在,一直都在增加。
而且人类可以通过摄取外部的能量来让自己的生命延续,让原本虚弱的身体重新健康起来,这个过程就是一个熵减的过程。也就是说人类从诞生的那一天起,熵就会出现,同时熵值也会不断增加,可是这种增加却是可逆的。
当一个人生病之后,他的身体会快速虚弱,这其实就是熵增的结果,身体越来越混乱。可是随着治疗的进行,通过外部的能量和技术,一个人的身体会慢慢好起来,最后恢复健康状态。这其实就是熵减的一个过程,本来大量增加的熵值,却通过外部的能量摄取,熵值在不断减少,逆天而行。
由此我们也可以看出,生命在宇宙本身就是一种极为特殊的存在。人类这种生命体还不算什么强大的,而在地球上有一种生命却可以不断返老还童,这种生命体的熵值先增加后归到原始重新开始,非常神奇。
当面,这种熵减的过程主要是体现在生命体上,在非生命的物质上目前还没有出现。当然,对于一个系统来说,在整体熵增的过程中,有可能也会出现一些熵减的小过程,只不过这些熵减的小事件无法影响到整个系统的熵增趋势,只不过是延续了墒增的过程。
看到这里,可能很多人越来越迷糊:熵增定律是不可逆的过程,为什么人类却出现了熵减?这是怎么回事?其实对于熵增定律,热力学奠基人、著名物理学家路德维希·玻尔兹曼最有发言权,他指出:熵增并不是一个纯粹的增加过程,在一个宏观系统中,出现熵增的概率要远远大于出现熵减的概率,即便该系统已经达到热平衡,熵也会在其最大值附近涨落。
要如何理解这个呢?我们可以举一个简单的例子来说明,例如滚滚江水向东流,在长江东流这个大系统中,江水向东流是一个熵增的过程,可是在整个过程中,江水会碰到各种石头。而江水碰到石头会让水产生一个回旋,形成向其他方向短暂流动的一个趋势,这个时候熵值是减少的,也就形成了熵减。
可是这些弱小的熵减并不能改变江水整体向东流的趋势。人类的寿命也是如此,人类从诞生的那一刻起,整体的趋势就是熵增,所以才有了生老病死。可是在这个生死的过程中,会出现许多的小系统,而这些小系统的熵有可能会减少。例如当我们生病之后,熵值在继续增加,后来通过药物治疗,身体恢复健康,熵值就会出现减少。
生命之所以是一个负熵系统,并不是说生命这个系统的增值一直处于负数状态,而是指生命可以经常保持一个低熵值状态。之所以能够保持这个状态,就是因为我们可以通过摄入外部的能量来大幅延续熵值的增加,有时还能够让熵值大幅减少。
可是人体这个熵值系统同样是一个不可逆的过程,从宏观的系统中,熵值在增加,最后的结局就是死亡。可是在大系统中还有无数的小系统,只要我们能够让这些小系统不断进行熵减,那么就可以大幅延续熵值的增加,大幅延长寿命。
而这种生命体特殊的熵减情况,在宇宙中也是存在的,只不过它们改变的只是一个小趋势,而宇宙这个大系统的熵是一直增加的,也就是说宇宙最终毁灭的结局是不会改变的。而熵减主要体现在生命体上,可见生命体的确是宇宙最为特殊神秘的一种事物。
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