很多人都會發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象:一棟房子只要空置三年左右,就會出現(xiàn)明顯老化,墻面受潮、結(jié)構(gòu)破損、整體快速破敗。老一輩常說這是因?yàn)槿鄙偃藲猓瑥目茖W(xué)角度來看,這一現(xiàn)象背后是一條基礎(chǔ)自然規(guī)律,也就是熵增定律。
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這條規(guī)律被很多研究者認(rèn)為是自然界中具有普遍適用性的法則,影響范圍包括日常事物、生命系統(tǒng),乃至宇宙的長期演變。
1865年,德國物理學(xué)家克勞修斯正式提出熵的概念,用于描述系統(tǒng)內(nèi)部的混亂程度與能量分散狀態(tài),并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出熵增定律。這條定律的核心內(nèi)容是,在沒有外部能量輸入的封閉系統(tǒng)中,事物會自發(fā)從有序狀態(tài)向無序狀態(tài)轉(zhuǎn)化。
熱水自然冷卻、物體破損后難以自行復(fù)原,都是熵增過程的直觀體現(xiàn)。房屋長期無人居住,沒有定期維護(hù)、修補(bǔ)、清潔,也就沒有持續(xù)的能量輸入,結(jié)構(gòu)與環(huán)境會自然走向混亂,這正是熵增定律在生活中的直接表現(xiàn)。
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有人會提出疑問,空調(diào)可以降低室內(nèi)溫度,地球能夠形成復(fù)雜的生命系統(tǒng),這些現(xiàn)象看似與熵增方向相反,其實(shí)并沒有違背這條定律。空調(diào)在制冷過程中需要消耗電能,在局部形成有序狀態(tài)的同時,會向外部環(huán)境釋放更多熱量,從更大范圍來看,整體混亂程度仍然在增加。
地球能夠維持穩(wěn)定環(huán)境并孕育生命,是因?yàn)榈厍虿⒉皇枪铝⑾到y(tǒng),太陽持續(xù)提供穩(wěn)定能量,地球在吸收有序能量的同時,向宇宙空間釋放多余能量,從而維持自身的穩(wěn)定狀態(tài)。
薛定諤曾經(jīng)提出,生命以負(fù)熵為生,這一觀點(diǎn)準(zhǔn)確概括了生命存在的物理基礎(chǔ)。人類和其他生物通過攝入食物、呼吸氧氣,從外界獲取有序能量,維持身體機(jī)能與細(xì)胞穩(wěn)定,延緩自身的無序化過程。
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在這一過程中,生物會向環(huán)境排放代謝產(chǎn)物,從整體角度看,仍然符合熵增的整體趨勢。生命活動本質(zhì)上是依靠外部能量維持局部有序,并不是對熵增定律的突破。
在宇宙尺度下,熵增定律同樣具有支配作用。黑洞曾經(jīng)被認(rèn)為可能規(guī)避熵增規(guī)律,后來的研究逐步表明,黑洞同樣存在熵,并且會通過輻射過程緩慢釋放能量,最終走向蒸發(fā)。現(xiàn)有研究認(rèn)為,宇宙中大部分熵都與黑洞相關(guān),黑洞的演變過程也是宇宙整體熵增的重要組成部分。
按照現(xiàn)有理論推演,在極長期的尺度下,宇宙會逐步走向能量分布均勻的狀態(tài),恒星耗盡燃料,黑洞完全蒸發(fā),物質(zhì)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,不再有顯著變化與能量流動。這一長期趨勢,是熵增定律作用下的必然結(jié)果。
玻爾茲曼等人的研究指出,熵增是宏觀系統(tǒng)的統(tǒng)計趨勢,在微觀尺度下,局部出現(xiàn)有序化的可能性依然存在,只是概率極低。
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宇宙能夠形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與生命,本身就是極低概率下的結(jié)果。人類所經(jīng)歷的穩(wěn)定環(huán)境、社會發(fā)展、個體成長,都是在長期無序趨勢中維持的局部有序狀態(tài)。
從這個角度來看,維護(hù)房屋、保持生活秩序、推動社會發(fā)展,都是通過持續(xù)輸入能量對抗無序化的過程。理解熵增定律,并不是為了強(qiáng)調(diào)消極趨勢,而是幫助人們更清晰認(rèn)識秩序、維護(hù)與發(fā)展的意義,在自然規(guī)律的框架下,理解維持有序、持續(xù)行動的現(xiàn)實(shí)價值。
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