Ⅰ 为啥熵增定律会被称为让人绝望的物理定律
除非宇宙中存在能够任意操控单个粒子运动的“麦克斯韦妖”,或者宇宙之外还有其他宇宙提供能量,或者量子效应在满是轻子和光子的宇宙中发挥主导作用,我们的宇宙才有可能避免热寂的结局。
Ⅱ 熵增定律是怎样的,它为何是最让人绝望的物理定律
熵增定律能使宇宙的能量和热量达到越来越高,直到不能进行交换能量,宇宙的能量和热量开始从有序到无序的变化,当宇宙达到热力平衡,时间就没有任何的意义。
从物理的角度来讲,我们可以将熵看成一个衡量系统能量混乱度的物理的量。熵底的系统,有序程度高,熵高的系统就比较混乱。从能量的角度可以理解为,能量在转换的过程中无法实现100%的利用,总有部分能量被消耗掉,变成混乱无序的热能。这部分能量导致了熵增,熵增定律在很多自然现象中都可以提现出来。因为这是自然界自然的发展方向,就是从有序到无序的转变。
3
有序和无序只是便于理解,实际上无序是大概率的意思,有序是小概率。事物总是往大概率方向发展,就是增熵。
熵增定律也是一个让人绝望的定律,如果把整个宇宙想象成一个孤立的系统,那么宇宙的熵就会越来越多,直到宇宙不再进行能量的交换,如果没有能量的交换宇宙就会停止运行。这就是“热寂说”。熵达到最大值,不再增加,全宇宙达到热力学平衡,处处均匀,时间就会失去意义。
总的来说,熵在宇宙中越来越多就会使宇宙没有能量,会停止运行,它也会使宇宙从有序的转变成无序的,让宇宙达到热力学平衡,进而时间在宇宙中就没有意义了。
Ⅲ 什么是熵增理论
熵增原理,指孤立热力学系统的熵不减少,总是增大或者不变。用来给出一个孤立系统的演化方向。说明一个孤立系统不可能朝低熵的状态发展,即不会变得有序。
熵增加,系统的总能量不变,但其中可用部分减少。早在1943年,在爱尔兰都柏林三一学院的多次演讲中,薛定谔就指出了熵增过程也必然体现在生命体系之中,其于1944年出版的著作《生命是什么》中更是将其列为其基本观点,即“生命是非平衡系统并以负熵为生。”
人体是一个巨大的化学反应库,生命的代谢过程建立在生物化学反应的基础上。从某种角度来讲,生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵减的能力。
在人体的生命化学活动中,自发和非自发过程同时存在,相互依存,因为熵增的必然性,生命体不断地由有序走回无序,最终不可逆地走向老化死亡。
(3)熵增定律扩展阅读:
企业对抗对抗熵增的方法:
1、主动投入能量做功
回顾公司的发展历程,是一个不断探索行业本质,不断做实企业价值,不断主动做功,坚持理性和谐健康快乐成长的过程。
2、建立开放系统
① 开放性
开放,就要打开心胸,放下固有的思维模式,与外界进行物资能量交换。用“成长型思维”代替“固定型思维”。用“流量思维”代替“存量思维”。用“终身学习”代替“临时学习”,用“终身探索”代替“不再探索”。始终保持浓烈的好奇心。
② 远离平衡态
每天的朝九晚五,接触者熟悉的人,处理这熟悉的业务,生活没有什么波澜,其实已经处于舒适区,已经掉进平衡态。这样的环境下成长进步都是十分微小和缓慢的,这是不好的,要不断超越自己,给自己新的目标,新的计划。
3、智能化
智能化的过程是必然的,减熵的终极方向是智能化。我们的生存环境变得越来越艰难,为了生存我们需要更强大的生存能力。比如从农耕时代到工业时代,到现在的互联网时代,到未来的人工智能时代,这也是我们今天的竞争压力越来越大的原因,也是为什么我们变得越来越焦虑的原因,因为环境熵增了。
Ⅳ 熵增是最绝望的定律
最令人绝望物理定律“熵增原理”:生命以负熵为食,最终走向消亡,13世纪,一位叫亨内考的人提出了这样的一个疑问:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。
右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。这个轮子名叫“亨内考魔轮”,它让科学家做起了“永动机”的梦,科学家们幻想。
一旦永动机诞生,人类将产生源源不断的能源,所以,有很多的科学家一直试图复刻“亨内考魔轮”,却都惨遭失败,然而无数的失败却没有打消科学家们的热情,反而对永动机的探索愈加狂热。后来,文艺复兴时期意大利的达·芬奇也造了一个类似的装置。
他设计时认为,右边的重球比左边的重球离轮心更远些,在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息,但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论:永动机是不可能实现的。事实上,由杠杆平衡原理可知,上面两个设计中。
右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大,但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明,总会有一个适当的位置,使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩)恰好相等,互相抵消,使轮子达到平衡而静止下来。
由于海洋和大气的能量是取之不尽的,因而这种热机可永不停息地运转做功,也是一种永动机。简单来说,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,所以他们试图从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头。
从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机这也被称为第二类永动机。科学家认为只要做到了只有单一的热源,它从这个单一热源吸收的热量,可以全部用来做功,而不引起其他变化,第二类永动机就能够成功。
在这个时候,随着科学的发展,牛顿经典力学的一些局限性也暴露了出来,比如牛顿经典力学认为力学过程是可逆的,可逆性是指时间反演,即过程按相反的顺序进行。在经典力学的运动方程中,把时间参量 t换成-t,就意味着过程按相反的顺序历经原来的一切状态,最后回到初始状态。
而1850年克劳修斯在论文中提出了一条基本定律:“没有某种动力的消耗或其他变化,不可能使热从低温转移到高温。“这个定律被称为热力学第二定律。而热力学第二定律则与力学过程的可逆性相矛盾。
所以克劳修斯在1854年的随笔《关于热的力学理论的第二基础定理的一个修正形式》提出了新的物理量来解释这种现象,,1865年正式命名为熵,以符号S表示。克劳修斯从热机的效率出发,认识到正转变(功转变成热量)可以自发进行。
而负转变(热量转变成功)作为正转变的逆过程却不能自发进行。负转变的发生需要同时有一个正转变伴随发生,并且正转变的能量要大于负转变,这实际是意味着自然界中的正转变是无法复原的。由此克劳修斯提出了热力学第二定律的又一个表述方式,也被称为熵增原理。
那就是:不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。简而言之就是孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加,可以说非常鲜明地指出了不可逆过程的进行方向。
熵增原理是热力学第二定律的另外一种表述形式,却又拥有更加深刻的含义,它创造了“熵”这个概念。这个概念在后来被广泛应用,香农把熵的概念,引申到信道通信的过程中,从而开创了”信息论“这门学科,从而宣告了信息时代的到来。
熵增原理表明,在绝热条件下,只可能发生dS≥0 的过程,其中dS = 0 表示可逆过程;dS>0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此,在绝热条件下,一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大,直到达到平衡态。
绝热过程是一个绝热体系的变化过程,即体系与环境之间无热量交换的过程。在绝热过程中,Q = 0 ,有ΔS(绝热)≥ 0(大于时候不可逆,等于时候可逆) 或 dS(绝热)≥0 (>0不可逆;=0可逆)熵增原理最大的意义就是从能量品质的角度规定了能量转换过程中的方向、条件和限度问题。
熵增原理的出现表示经典力学的可逆性并不适用于所有情况,它只在有普遍的力学原理做保证的情况下才准确,热运动就是一个不可逆的过程。同时也彻底宣告了永动力的灭亡。因为从海水吸收热量做功,就是从单一热源吸取热量使之完全变成有用功并且不产生其他影响是无法实现的。
而薛定谔就则指出,熵增过程也必然体现在生命体系当中。也就是说,生命体系中的熵也应该是不断增大的,也只能是从有序向无序发展。但是从某种角度上而言,生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵减的能力,最典型的表现就是进食行为。
我们从食物中汲取了“负熵”来维持生命的有序,即“新陈代谢的实质就是及时全部消除有机体无时无刻不产生的全部负熵”。这里的有序和无序是描述宏观态的。因此,机体是在新陈代谢过程中成功地从周围环境中不断地吸收负熵。
向周围环境释放其生命活动不得不产生的全部正的熵维持生存和进化的。总之,生命体是开放的不可逆的非热力学平衡体系。平衡态是无序的,而非平衡态则是有序的根源,这是与热力学第二定律一致的,也是符合熵增原理的。薛定谔生动地用“生命赖负熵为生”这一句名言概括。
虽然如此,生命的减熵行为却起不到任何效果,毕竟在浩瀚无垠的宇宙当中,人类等生命简直是渺小到可以忽略不计。熵增的必然性和不可逆性,注定了生命只能从有序发展为无序,并最终走向老化、死亡。所以熵增原理也被很多人称为:最令人绝望的物理定律。
熵增原理适用于很多领域,包括与达尔文的进化论是否矛盾等。而科学家对于熵增原理最大的争论是宇宙是否是一个封闭系统,因为熵增作用发挥作用的条件必须是在孤立系统系统中,然后达到平衡熵最大。孤立系统是在热力学之中。
与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系统。任何能量或质量都不能进入或者离开一个孤立系统,只能在系统内移动。而地球就是一个开放系统,熵增原理可以适用于生命,自然也能适用于地球。
所以地球上的生物通过从环境摄取低熵物质(有序高分子)向环境释放高熵物质(无序小分子)来维持自身处于低熵有序状态。而地球整体的负熵流来自于植物吸收太阳的光流(负熵流)产生低熵物质。使得地球上会出现生物这种有序化的结构。
不至于使熵一直处于增大的状态,所以科学家就思考,宇宙是否是一个孤立系统,因为宇宙是不存在“外界”的,我们不断在消耗着能量,且不可逆,熵不断在增加正在走向它的最大值,因此宇宙一旦到达热动平衡状态,就完全死亡。
这种情景称为“热寂”,这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在。而这引来部分科学家的反对,他们宣称熵增原理只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系,也不能把它推广到无限的宇宙。
由于涉及到宇宙未来、人类命运等重大问题,因而它所波及和影响的范围已经远远超出了科学界和哲学界,成了近代史上一桩最令人懊恼的疑案。但不管怎么样,熵增原理作为热力学四大定律之一,指导着热力学的研究,在物理学中发挥着重大的作用。
Ⅳ 什么叫熵增定律
熵增定律是克劳修斯提出的热力学定律,克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程,即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的,其物理表达式为:S =∫dQ/T或ds = dQ/T。
定律内容
克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程。
在热力学中,熵是系统的状态函数,它的物理表达式为:
S =∫dQ/T或ds = dQ/T
其中,S表示熵,Q表示热量,T表示温度。
该表达式的物理含义是:一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收(或耗散)的热量除以它的绝对温度。可以证明,只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体,系统的熵就会增加:
S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假设dQ1是高温物体的热增量,T1是其绝对温度;
dQ2是低温物体的热增量,T2是其绝对温度,
则:dQ1 = -dQ2,T1>T2
于是上式推演为:S = |Q2/T2|-|Q1/T1| > 0
这种熵增是一个自发的不可逆过程,而总熵变总是大于零。
Ⅵ 为什么“熵增定律”让好多人一下子顿悟了
现在在网络上很多人关于这种定律都表现的十分有兴趣,甚至是很多科学家对此也说过类似的话,尤其是我们所熟悉的薛定谔,这名伟大的科学家在自己的书中曾经也说过这样的话,人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。从这里面足以看出很多人对这种定律都是非常感兴趣的,下面小编就带领大家来了解一下。
我们每个人在这个社会中都是一个独立的个体,这种定律的运用让每个人开始明白宇宙的起源以及生命的意义究竟是什么,所以我们每个人都应该去相信自己,相信自己终有一天也能够去顿悟。
Ⅶ 熵增原理的三个基本定律
质量守恒定律,能量守恒定律和电荷守恒定律。
1、质量守恒定律:在任何与周围隔绝的体系中,不论发生何种变化或过程,其总质量始终保持不变。或者说,任何变化包括化学反应和核反应都不能消除物质,只是改变了物质的原有形态或结构,所以该定律又称物质不灭定律。
2、能量守恒定律:一个孤立热力系统的内能不会变化。这个定律也正是能量守恒定律的由来。在相对论诞生后,由于E=mc2,所以综合了化学的质量守恒定律,该定律完善为质能守恒定律。该定律至今仍适用于包括整个宇宙在内的所有热力系统。
3、电荷守恒定律指出,对于一个孤立系统,不论发生什么变化 ,其中所有电荷的代数和永远保持不变。定律表明如果某一区域中的电荷增加或减少了,那必定有等量的电荷进入或离开该区域;若在一个物理过程中产生或消失了某种电荷,那必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
(7)熵增定律扩展阅读:
在孤立的热力学系统中熵总是增加的。但是在这个结论是在不考虑到热力学系统内部有万有引力的情况下得到的经验规律。在大到星际尺度时由于万有引力的作用系统倾向于朝向聚合的有序状态而不再倾向于本来的均匀无序状态。在星际尺度下由于万有引力形成的结构:恒星能够向外输出负熵流。这便能解释为何在地球上会出现生物这种有序化的结构。
地球上的生物是一个开放系统,通过从环境摄取低熵物质(有序高分子)向环境释放高熵物质(无序小分子)来维持自身处于低熵有序状态。而地球整体的负熵流来自于植物吸收太阳的光流(负熵流)产生低熵物质。
对于不考虑万有引力的热力学系统,由于熵总是增加的,因而过程就出现单一的时间之矢,从而是不可逆的,这就与牛顿力学的可逆时间产生矛盾,出现牛顿、爱因斯坦与普里戈金、哈肯的分裂。现代科学的普遍解释是熵增过程代表了系统的统计性质即巨量单元的长时间行为。在这个尺度上熵最大的构型是最为可能的状态。
Ⅷ 熵增定律:为什么会被称为令人绝望的物理定律
通过结合实验和数学,伽利略开创了科学研究的先河,从此物理学走上了快速发展的道路。此后,牛顿发扬光大,建立了牛顿力学,成为经典物理学的开创者,他也被冠以人类史上最伟大的物理学家。
在牛顿之后,又有麦克斯韦、普朗克、爱因斯坦、玻尔、狄拉克、费曼、薛定谔等一众物理学家,发现了一系列新的物理学定律,极大改变了人类对于世界的认识。不仅如此,人类利用物理学定律发展出了现代科技文明,彻底革新了人类的生活。
宇宙迟早会迎来无序度最高、有用能耗尽的最大熵状态,这就是热寂的结局,预计时间是在10^1000年以后。当然,这个时间对于渺小的人类而言非常漫长,我们还有足够的时间来保持低熵的状态。