05.07 熱力學傳奇之九:死神永生,熱力學第二定律發現了死神

玻爾茲曼熵公式可以說是科學史上爭議最大的公式,也是牽涉範圍最廣的公式,不但各路物理學大V紛紛加入戰團,就連社會學界對此也頗有非議,甚至還是民科的重災區。

自從克勞修斯和開爾文爵士分別獨立提出熱力學第二定律以來,就已經宣告了第二類永動機不可能建成,但是諸位民科大神依然趨之若鶩,就是現在也經常有新聞報道某位民間大神研製成功第二類永動機,這是因為熱力學第二定律從根本上說還只是經驗的總結,並不是嚴格的物理學定律,其表述又明白如話,這讓民科大神們能自以為看明白了。

如果民科大神們看完熱力學第二定律後,再繼續深入一下,研究了玻爾茲曼熵公式,估計就不會再對第二類永動機感興趣了,而是避之唯恐不及。

路德維希.玻爾茲曼,奧地利物理學家,於1877年運用統計力學的方法提出了玻爾茲曼熵公式,即S∝lgW,W為宏觀狀態下包含微觀狀態數量,1900年,量子力學創始人普朗克為公式增加了一個常數k,為了紀念偉大的前輩,普朗克將常數命名為玻爾茲曼常數,於是公式變為S=klgW,現在玻爾茲曼公式通常表述為S=klnΩ,用自然對數取代了常用對數。

熱力學傳奇之九:死神永生,熱力學第二定律發現了死神

玻爾茲曼的墓碑

因為Ω是宏觀狀態下包含微觀狀態的數量,只有完美晶體且絕對溫度等於零的情況其值才能等於1,這兩個條件太難達到了,只有宇宙大爆炸的奇點才接近這個條件,所以S也只能是≥0的正值。

初始值為正,且只能增加不能減少,還有一個物理量具有如此性質,那就是時間,所以熵又被稱為“時間之箭”,在此之前,時間只是我們臆想出來的一個概念,或者說只是一個心理學概念,我們只能感覺到時間一去不復返,例如孔夫子只能站在岸邊慨嘆:逝者如斯夫。熵第一次定義了時間,對熵的測量就是一種時鐘。廣電總局會非常喜歡玻爾茲曼,因為他的研究證明了穿越劇不可能實現。

“時間之箭”的提出卻引起了軒然大波,首先在社會學界引發了抗議,因為依照玻爾茲曼的理論,人只能更壞,社會也走向分崩離析,最後滅亡,熱力學第二定律是當時名聲最壞的定律,被認為是墮落的淵藪,這是社會學家們多慮了,因為人類社會並不是一個熱力學隔離系統,而是一個自適應系統,熵增原理並不適用於人類社會。

在科學界的影響也並不比在社會學界小,根據玻爾茲曼熵公式,如果把系統擴大到整個宇宙,作為一個“孤立”的系統,宇宙的熵會隨著時間的流異而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡,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,這就是熱寂說。

這樣恐怖的未來比黑暗森林還要黑暗,已經是死神永生了。

為了給宇宙一點光明,各路大神紛紛出場,這次又是誰站了出來呢?


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