Ⅰ 為啥熵增定律會被稱為讓人絕望的物理定律
除非宇宙中存在能夠任意操控單個粒子運動的“麥克斯韋妖”,或者宇宙之外還有其他宇宙提供能量,或者量子效應在滿是輕子和光子的宇宙中發揮主導作用,我們的宇宙才有可能避免熱寂的結局。
Ⅱ 熵增定律是怎樣的,它為何是最讓人絕望的物理定律
熵增定律能使宇宙的能量和熱量達到越來越高,直到不能進行交換能量,宇宙的能量和熱量開始從有序到無序的變化,當宇宙達到熱力平衡,時間就沒有任何的意義。
從物理的角度來講,我們可以將熵看成一個衡量系統能量混亂度的物理的量。熵底的系統,有序程度高,熵高的系統就比較混亂。從能量的角度可以理解為,能量在轉換的過程中無法實現100%的利用,總有部分能量被消耗掉,變成混亂無序的熱能。這部分能量導致了熵增,熵增定律在很多自然現象中都可以提現出來。因為這是自然界自然的發展方向,就是從有序到無序的轉變。
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有序和無序只是便於理解,實際上無序是大概率的意思,有序是小概率。事物總是往大概率方向發展,就是增熵。
熵增定律也是一個讓人絕望的定律,如果把整個宇宙想像成一個孤立的系統,那麼宇宙的熵就會越來越多,直到宇宙不再進行能量的交換,如果沒有能量的交換宇宙就會停止運行。這就是「熱寂說」。熵達到最大值,不再增加,全宇宙達到熱力學平衡,處處均勻,時間就會失去意義。
總的來說,熵在宇宙中越來越多就會使宇宙沒有能量,會停止運行,它也會使宇宙從有序的轉變成無序的,讓宇宙達到熱力學平衡,進而時間在宇宙中就沒有意義了。
Ⅲ 什麼是熵增理論
熵增原理,指孤立熱力學系統的熵不減少,總是增大或者不變。用來給出一個孤立系統的演化方向。說明一個孤立系統不可能朝低熵的狀態發展,即不會變得有序。
熵增加,系統的總能量不變,但其中可用部分減少。早在1943年,在愛爾蘭都柏林三一學院的多次演講中,薛定諤就指出了熵增過程也必然體現在生命體系之中,其於1944年出版的著作《生命是什麼》中更是將其列為其基本觀點,即「生命是非平衡系統並以負熵為生。」
人體是一個巨大的化學反應庫,生命的代謝過程建立在生物化學反應的基礎上。從某種角度來講,生命的意義就在於具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵減的能力。
在人體的生命化學活動中,自發和非自發過程同時存在,相互依存,因為熵增的必然性,生命體不斷地由有序走回無序,最終不可逆地走向老化死亡。
(3)熵增定律擴展閱讀:
企業對抗對抗熵增的方法:
1、主動投入能量做功
回顧公司的發展歷程,是一個不斷探索行業本質,不斷做實企業價值,不斷主動做功,堅持理性和諧健康快樂成長的過程。
2、建立開放系統
① 開放性
開放,就要打開心胸,放下固有的思維模式,與外界進行物資能量交換。用「成長型思維」代替「固定型思維」。用「流量思維」代替「存量思維」。用「終身學習」代替「臨時學習」,用「終身探索」代替「不再探索」。始終保持濃烈的好奇心。
② 遠離平衡態
每天的朝九晚五,接觸者熟悉的人,處理這熟悉的業務,生活沒有什麼波瀾,其實已經處於舒適區,已經掉進平衡態。這樣的環境下成長進步都是十分微小和緩慢的,這是不好的,要不斷超越自己,給自己新的目標,新的計劃。
3、智能化
智能化的過程是必然的,減熵的終極方向是智能化。我們的生存環境變得越來越艱難,為了生存我們需要更強大的生存能力。比如從農耕時代到工業時代,到現在的互聯網時代,到未來的人工智慧時代,這也是我們今天的競爭壓力越來越大的原因,也是為什麼我們變得越來越焦慮的原因,因為環境熵增了。
Ⅳ 熵增是最絕望的定律
最令人絕望物理定律「熵增原理」:生命以負熵為食,最終走向消亡,13世紀,一位叫亨內考的人提出了這樣的一個疑問:輪子中央有一個轉動軸,輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿,每個短桿的一端裝有一個鐵球。
右邊的球比左邊的球離軸遠些,因此,右邊的球產生的轉動力矩要比左邊的球產生的轉動力矩大。這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉動下去,並且帶動機器轉動。這個輪子名叫「亨內考魔輪」,它讓科學家做起了「永動機」的夢,科學家們幻想。
一旦永動機誕生,人類將產生源源不斷的能源,所以,有很多的科學家一直試圖復刻「亨內考魔輪」,卻都慘遭失敗,然而無數的失敗卻沒有打消科學家們的熱情,反而對永動機的探索愈加狂熱。後來,文藝復興時期義大利的達·芬奇也造了一個類似的裝置。
他設計時認為,右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠些,在兩邊不均衡的作用下會使輪子沿箭頭方向轉動不息,但實驗結果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結論:永動機是不可能實現的。事實上,由杠桿平衡原理可知,上面兩個設計中。
右邊每個重物施加於輪子的旋轉作用雖然較大,但是重物的個數卻較少。精確的計算可以證明,總會有一個適當的位置,使左右兩側重物施加於輪子的相反方向的旋轉作用(力矩)恰好相等,互相抵消,使輪子達到平衡而靜止下來。
由於海洋和大氣的能量是取之不盡的,因而這種熱機可永不停息地運轉做功,也是一種永動機。簡單來說,人們認識到能量是不能被憑空製造出來的,所以他們試圖從海洋、大氣乃至宇宙中吸取熱能,並將這些熱能作為驅動永動機轉動和功輸出的源頭。
從單一熱源吸熱使之完全變為有用功而不產生其它影響的熱機這也被稱為第二類永動機。科學家認為只要做到了只有單一的熱源,它從這個單一熱源吸收的熱量,可以全部用來做功,而不引起其他變化,第二類永動機就能夠成功。
在這個時候,隨著科學的發展,牛頓經典力學的一些局限性也暴露了出來,比如牛頓經典力學認為力學過程是可逆的,可逆性是指時間反演,即過程按相反的順序進行。在經典力學的運動方程中,把時間參量 t換成-t,就意味著過程按相反的順序歷經原來的一切狀態,最後回到初始狀態。
而1850年克勞修斯在論文中提出了一條基本定律:「沒有某種動力的消耗或其他變化,不可能使熱從低溫轉移到高溫。「這個定律被稱為熱力學第二定律。而熱力學第二定律則與力學過程的可逆性相矛盾。
所以克勞修斯在1854年的隨筆《關於熱的力學理論的第二基礎定理的一個修正形式》提出了新的物理量來解釋這種現象,,1865年正式命名為熵,以符號S表示。克勞修斯從熱機的效率出發,認識到正轉變(功轉變成熱量)可以自發進行。
而負轉變(熱量轉變成功)作為正轉變的逆過程卻不能自發進行。負轉變的發生需要同時有一個正轉變伴隨發生,並且正轉變的能量要大於負轉變,這實際是意味著自然界中的正轉變是無法復原的。由此克勞修斯提出了熱力學第二定律的又一個表述方式,也被稱為熵增原理。
那就是:不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。在自然過程中,一個孤立系統的總混亂度(即「熵」)不會減小。簡而言之就是孤立系統的熵永不自動減少,熵在可逆過程中不變,在不可逆過程中增加,可以說非常鮮明地指出了不可逆過程的進行方向。
熵增原理是熱力學第二定律的另外一種表述形式,卻又擁有更加深刻的含義,它創造了「熵」這個概念。這個概念在後來被廣泛應用,香農把熵的概念,引申到信道通信的過程中,從而開創了」資訊理論「這門學科,從而宣告了信息時代的到來。
熵增原理表明,在絕熱條件下,只可能發生dS≥0 的過程,其中dS = 0 表示可逆過程;dS>0表示不可逆過程,dS<0 過程是不可能發生的。但可逆過程畢竟是一個理想過程。因此,在絕熱條件下,一切可能發生的實際過程都使系統的熵增大,直到達到平衡態。
絕熱過程是一個絕熱體系的變化過程,即體系與環境之間無熱量交換的過程。在絕熱過程中,Q = 0 ,有ΔS(絕熱)≥ 0(大於時候不可逆,等於時候可逆) 或 dS(絕熱)≥0 (>0不可逆;=0可逆)熵增原理最大的意義就是從能量品質的角度規定了能量轉換過程中的方向、條件和限度問題。
熵增原理的出現表示經典力學的可逆性並不適用於所有情況,它只在有普遍的力學原理做保證的情況下才准確,熱運動就是一個不可逆的過程。同時也徹底宣告了永動力的滅亡。因為從海水吸收熱量做功,就是從單一熱源吸取熱量使之完全變成有用功並且不產生其他影響是無法實現的。
而薛定諤就則指出,熵增過程也必然體現在生命體系當中。也就是說,生命體系中的熵也應該是不斷增大的,也只能是從有序向無序發展。但是從某種角度上而言,生命的意義就在於具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵減的能力,最典型的表現就是進食行為。
我們從食物中汲取了「負熵」來維持生命的有序,即「新陳代謝的實質就是及時全部消除有機體無時無刻不產生的全部負熵」。這里的有序和無序是描述宏觀態的。因此,機體是在新陳代謝過程中成功地從周圍環境中不斷地吸收負熵。
向周圍環境釋放其生命活動不得不產生的全部正的熵維持生存和進化的。總之,生命體是開放的不可逆的非熱力學平衡體系。平衡態是無序的,而非平衡態則是有序的根源,這是與熱力學第二定律一致的,也是符合熵增原理的。薛定諤生動地用「生命賴負熵為生」這一句名言概括。
雖然如此,生命的減熵行為卻起不到任何效果,畢竟在浩瀚無垠的宇宙當中,人類等生命簡直是渺小到可以忽略不計。熵增的必然性和不可逆性,註定了生命只能從有序發展為無序,並最終走向老化、死亡。所以熵增原理也被很多人稱為:最令人絕望的物理定律。
熵增原理適用於很多領域,包括與達爾文的進化論是否矛盾等。而科學家對於熵增原理最大的爭論是宇宙是否是一個封閉系統,因為熵增作用發揮作用的條件必須是在孤立系統系統中,然後達到平衡熵最大。孤立系統是在熱力學之中。
與其他物體既沒有物質交換也沒有能量交換的系統稱為孤立系統。任何能量或質量都不能進入或者離開一個孤立系統,只能在系統內移動。而地球就是一個開放系統,熵增原理可以適用於生命,自然也能適用於地球。
所以地球上的生物通過從環境攝取低熵物質(有序高分子)向環境釋放高熵物質(無序小分子)來維持自身處於低熵有序狀態。而地球整體的負熵流來自於植物吸收太陽的光流(負熵流)產生低熵物質。使得地球上會出現生物這種有序化的結構。
不至於使熵一直處於增大的狀態,所以科學家就思考,宇宙是否是一個孤立系統,因為宇宙是不存在「外界」的,我們不斷在消耗著能量,且不可逆,熵不斷在增加正在走向它的最大值,因此宇宙一旦到達熱動平衡狀態,就完全死亡。
這種情景稱為「熱寂」,這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。而這引來部分科學家的反對,他們宣稱熵增原理只能適用於由很大數目分子所構成的系統及有限范圍內的宏觀過程。而不適用於少量的微觀體系,也不能把它推廣到無限的宇宙。
由於涉及到宇宙未來、人類命運等重大問題,因而它所波及和影響的范圍已經遠遠超出了科學界和哲學界,成了近代史上一樁最令人懊惱的疑案。但不管怎麼樣,熵增原理作為熱力學四大定律之一,指導著熱力學的研究,在物理學中發揮著重大的作用。
Ⅳ 什麼叫熵增定律
熵增定律是克勞修斯提出的熱力學定律,克勞修斯引入了熵的概念來描述這種不可逆過程,即熱量從高溫物體流向低溫物體是不可逆的,其物理表達式為:S =∫dQ/T或ds = dQ/T。
定律內容
克勞修斯引入了熵的概念來描述這種不可逆過程。
在熱力學中,熵是系統的狀態函數,它的物理表達式為:
S =∫dQ/T或ds = dQ/T
其中,S表示熵,Q表示熱量,T表示溫度。
該表達式的物理含義是:一個系統的熵等於該系統在一定過程中所吸收(或耗散)的熱量除以它的絕對溫度。可以證明,只要有熱量從系統內的高溫物體流向低溫物體,系統的熵就會增加:
S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假設dQ1是高溫物體的熱增量,T1是其絕對溫度;
dQ2是低溫物體的熱增量,T2是其絕對溫度,
則:dQ1 = -dQ2,T1>T2
於是上式推演為:S = |Q2/T2|-|Q1/T1| > 0
這種熵增是一個自發的不可逆過程,而總熵變總是大於零。
Ⅵ 為什麼「熵增定律」讓好多人一下子頓悟了
現在在網路上很多人關於這種定律都表現的十分有興趣,甚至是很多科學家對此也說過類似的話,尤其是我們所熟悉的薛定諤,這名偉大的科學家在自己的書中曾經也說過這樣的話,人活著就是在對抗熵增定律,生命以負熵為生。從這裡面足以看出很多人對這種定律都是非常感興趣的,下面小編就帶領大家來了解一下。
我們每個人在這個社會中都是一個獨立的個體,這種定律的運用讓每個人開始明白宇宙的起源以及生命的意義究竟是什麼,所以我們每個人都應該去相信自己,相信自己終有一天也能夠去頓悟。
Ⅶ 熵增原理的三個基本定律
質量守恆定律,能量守恆定律和電荷守恆定律。
1、質量守恆定律:在任何與周圍隔絕的體系中,不論發生何種變化或過程,其總質量始終保持不變。或者說,任何變化包括化學反應和核反應都不能消除物質,只是改變了物質的原有形態或結構,所以該定律又稱物質不滅定律。
2、能量守恆定律:一個孤立熱力系統的內能不會變化。這個定律也正是能量守恆定律的由來。在相對論誕生後,由於E=mc2,所以綜合了化學的質量守恆定律,該定律完善為質能守恆定律。該定律至今仍適用於包括整個宇宙在內的所有熱力系統。
3、電荷守恆定律指出,對於一個孤立系統,不論發生什麼變化 ,其中所有電荷的代數和永遠保持不變。定律表明如果某一區域中的電荷增加或減少了,那必定有等量的電荷進入或離開該區域;若在一個物理過程中產生或消失了某種電荷,那必定有等量的異號電荷同時產生或消失。
(7)熵增定律擴展閱讀:
在孤立的熱力學系統中熵總是增加的。但是在這個結論是在不考慮到熱力學系統內部有萬有引力的情況下得到的經驗規律。在大到星際尺度時由於萬有引力的作用系統傾向於朝向聚合的有序狀態而不再傾向於本來的均勻無序狀態。在星際尺度下由於萬有引力形成的結構:恆星能夠向外輸出負熵流。這便能解釋為何在地球上會出現生物這種有序化的結構。
地球上的生物是一個開放系統,通過從環境攝取低熵物質(有序高分子)向環境釋放高熵物質(無序小分子)來維持自身處於低熵有序狀態。而地球整體的負熵流來自於植物吸收太陽的光流(負熵流)產生低熵物質。
對於不考慮萬有引力的熱力學系統,由於熵總是增加的,因而過程就出現單一的時間之矢,從而是不可逆的,這就與牛頓力學的可逆時間產生矛盾,出現牛頓、愛因斯坦與普里戈金、哈肯的分裂。現代科學的普遍解釋是熵增過程代表了系統的統計性質即巨量單元的長時間行為。在這個尺度上熵最大的構型是最為可能的狀態。
Ⅷ 熵增定律:為什麼會被稱為令人絕望的物理定律
通過結合實驗和數學,伽利略開創了科學研究的先河,從此物理學走上了快速發展的道路。此後,牛頓發揚光大,建立了牛頓力學,成為經典物理學的開創者,他也被冠以人類史上最偉大的物理學家。
在牛頓之後,又有麥克斯韋、普朗克、愛因斯坦、玻爾、狄拉克、費曼、薛定諤等一眾物理學家,發現了一系列新的物理學定律,極大改變了人類對於世界的認識。不僅如此,人類利用物理學定律發展出了現代科技文明,徹底革新了人類的生活。
宇宙遲早會迎來無序度最高、有用能耗盡的最大熵狀態,這就是熱寂的結局,預計時間是在10^1000年以後。當然,這個時間對於渺小的人類而言非常漫長,我們還有足夠的時間來保持低熵的狀態。