談?wù)勳?/h1>
2019-04-30 07:07:30李淼
小康 2019年10期
李淼 心里有詩和遠(yuǎn)方，眼下有科學(xué)和科普以及跨界人生。
我們在科幻里面經(jīng)?？吹揭恍┈F(xiàn)實(shí)中不容易看到的神奇景象，比如《哈利·波特》里面的魔棒。魔棒一指，就有神奇的事情發(fā)生：指著一潭水，潭水立馬結(jié)冰;指著一個亂糟糟的房間，房間旋即恢復(fù)秩序……散落一地的紙張飛到桌子上，變回一本書;亂扔的衣物跑到衣柜里面，疊放得整整齊齊……摔碎的花瓶可以復(fù)原，打破的鏡子可以重圓……這些景象，現(xiàn)實(shí)世界里會發(fā)生嗎？問題的答案，全在一個“熵”字。
什么是熵？熵是物理學(xué)中最重要的概念之一，重要性僅次于能量。熵是度量系統(tǒng)的混亂度。比如一個箱子中的空氣，一種情況是分子聚集在箱子一角，還有一種情況是分子遍布于箱子的每一個角落。那么毫無疑問，所有分子聚集在箱子一角的情況較為有序——換句話說就是，熵比較小;而箱子里遍布分子的情況，則較為混亂——換句話說就是，熵比較大。
系統(tǒng)變得混亂，熵也隨之增大。熵就是這么一個概念，1854年由克勞修斯首次提出。前面提到的，無論是一潭水變成冰，還是混亂的房間變得有序，都是從無序到有序，從熵大到熵小的過程。這種事情會發(fā)生嗎？答案是：基本上不可能。因?yàn)檫`反了物理學(xué)定律。
摔碎的花瓶可以復(fù)原，打破的鏡子可以重圓……這些景象，現(xiàn)實(shí)世界里會發(fā)生嗎？問題的答案，全在一個“熵”字。
日常生活中，我們經(jīng)常遇到這種情況：握著一根金屬棒在燃?xì)庠钌蠠涣硕嗑?，金屬棒會把燃?xì)饽沁叺臒崃總鞯绞稚?。這叫熱傳導(dǎo)，也就是熱量傳遞。熱量的傳遞，通常是從溫度高的地方傳向溫度低的地方。再看一個例子，一個杯子放熱水，一個杯子放涼水。兩個杯子遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開的話，什么事也不會發(fā)生?？梢坏┛吭谝黄穑儆靡幻禪形金屬棒連通的話，很快兩杯水的溫度就會趨于相同——溫度高的變低，溫度低的變高。這也是熱傳導(dǎo)。推而廣之，可以得出一個結(jié)論：世界是趨于平衡的，趨近于大家的溫度變成一樣高。就是說，熱量只會從溫度高的地方向低的地方傳，從來不會顛倒方向。這是熱力學(xué)第二定律的一個體現(xiàn)。
另外一個例子是：一杯溶液，一邊濃度低，一邊濃度高。大家會發(fā)現(xiàn)，溶劑分子總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。與熱傳導(dǎo)過程類似，這是擴(kuò)散過程。一個生活中常見的例子是：滴一滴墨水到一杯水里面。剛開始的時候，水面附近的墨水濃度很高，不一會兒，你會發(fā)現(xiàn)整杯水都變成了墨水，且濃度均勻。這一切都告訴我們，任其自然的話，都會朝著混亂度增大的方向發(fā)展。一滴墨水集中在一個地方的時候，它是比較有序的，可以準(zhǔn)確地說出這滴墨水在哪兒;而由于擴(kuò)散，發(fā)展到整個杯子都有墨水的時候，就不好說它到底在哪兒了。這個時候，它的混亂度就比較大，用克勞修斯的話說，就是熵比較大。孤立系統(tǒng)永遠(yuǎn)是熵增的，它的混亂度趨于變大。這就是熱力學(xué)第二定律。
回顧一下《哈利·波特》里面的場景：用魔棒將潭水變成冰。本來這潭水的溫度跟空氣一樣高，想讓它變成冰，周圍的空氣就要吸收它的熱量。結(jié)果就是，空氣溫度升高，而潭水溫度降低。這意味著熱量要是從溫度低的地方向溫度高的地方傳導(dǎo)，跟正常的熱傳導(dǎo)過程剛好相反，違反了熱力學(xué)第二定律。看一個有些“好吃”的例子：將雞蛋打碎，放進(jìn)鍋里煎，就做出了好吃的煎雞蛋。而相反的過程——煎熟的雞蛋變成生雞蛋，回到雞蛋殼里，變成一顆完整的雞蛋——則不會發(fā)生。這同樣違反熱力學(xué)第二定律。在《哈利·波特》里面，我們看到家具在魔棒的指引下，歸回原位;裝飾品打碎了，書撕碎了，都在空中自行復(fù)原，落回到書架上。所有這一切都違反熱力學(xué)第二定律。
李淼 心里有詩和遠(yuǎn)方，眼下有科學(xué)和科普以及跨界人生。
我們在科幻里面經(jīng)?？吹揭恍┈F(xiàn)實(shí)中不容易看到的神奇景象，比如《哈利·波特》里面的魔棒。魔棒一指，就有神奇的事情發(fā)生：指著一潭水，潭水立馬結(jié)冰;指著一個亂糟糟的房間，房間旋即恢復(fù)秩序……散落一地的紙張飛到桌子上，變回一本書;亂扔的衣物跑到衣柜里面，疊放得整整齊齊……摔碎的花瓶可以復(fù)原，打破的鏡子可以重圓……這些景象，現(xiàn)實(shí)世界里會發(fā)生嗎？問題的答案，全在一個“熵”字。
什么是熵？熵是物理學(xué)中最重要的概念之一，重要性僅次于能量。熵是度量系統(tǒng)的混亂度。比如一個箱子中的空氣，一種情況是分子聚集在箱子一角，還有一種情況是分子遍布于箱子的每一個角落。那么毫無疑問，所有分子聚集在箱子一角的情況較為有序——換句話說就是，熵比較小;而箱子里遍布分子的情況，則較為混亂——換句話說就是，熵比較大。
系統(tǒng)變得混亂，熵也隨之增大。熵就是這么一個概念，1854年由克勞修斯首次提出。前面提到的，無論是一潭水變成冰，還是混亂的房間變得有序，都是從無序到有序，從熵大到熵小的過程。這種事情會發(fā)生嗎？答案是：基本上不可能。因?yàn)檫`反了物理學(xué)定律。
摔碎的花瓶可以復(fù)原，打破的鏡子可以重圓……這些景象，現(xiàn)實(shí)世界里會發(fā)生嗎？問題的答案，全在一個“熵”字。
日常生活中，我們經(jīng)常遇到這種情況：握著一根金屬棒在燃?xì)庠钌蠠涣硕嗑?，金屬棒會把燃?xì)饽沁叺臒崃總鞯绞稚?。這叫熱傳導(dǎo)，也就是熱量傳遞。熱量的傳遞，通常是從溫度高的地方傳向溫度低的地方。再看一個例子，一個杯子放熱水，一個杯子放涼水。兩個杯子遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開的話，什么事也不會發(fā)生?？梢坏┛吭谝黄穑儆靡幻禪形金屬棒連通的話，很快兩杯水的溫度就會趨于相同——溫度高的變低，溫度低的變高。這也是熱傳導(dǎo)。推而廣之，可以得出一個結(jié)論：世界是趨于平衡的，趨近于大家的溫度變成一樣高。就是說，熱量只會從溫度高的地方向低的地方傳，從來不會顛倒方向。這是熱力學(xué)第二定律的一個體現(xiàn)。
另外一個例子是：一杯溶液，一邊濃度低，一邊濃度高。大家會發(fā)現(xiàn)，溶劑分子總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。與熱傳導(dǎo)過程類似，這是擴(kuò)散過程。一個生活中常見的例子是：滴一滴墨水到一杯水里面。剛開始的時候，水面附近的墨水濃度很高，不一會兒，你會發(fā)現(xiàn)整杯水都變成了墨水，且濃度均勻。這一切都告訴我們，任其自然的話，都會朝著混亂度增大的方向發(fā)展。一滴墨水集中在一個地方的時候，它是比較有序的，可以準(zhǔn)確地說出這滴墨水在哪兒;而由于擴(kuò)散，發(fā)展到整個杯子都有墨水的時候，就不好說它到底在哪兒了。這個時候，它的混亂度就比較大，用克勞修斯的話說，就是熵比較大。孤立系統(tǒng)永遠(yuǎn)是熵增的，它的混亂度趨于變大。這就是熱力學(xué)第二定律。
回顧一下《哈利·波特》里面的場景：用魔棒將潭水變成冰。本來這潭水的溫度跟空氣一樣高，想讓它變成冰，周圍的空氣就要吸收它的熱量。結(jié)果就是，空氣溫度升高，而潭水溫度降低。這意味著熱量要是從溫度低的地方向溫度高的地方傳導(dǎo)，跟正常的熱傳導(dǎo)過程剛好相反，違反了熱力學(xué)第二定律。看一個有些“好吃”的例子：將雞蛋打碎，放進(jìn)鍋里煎，就做出了好吃的煎雞蛋。而相反的過程——煎熟的雞蛋變成生雞蛋，回到雞蛋殼里，變成一顆完整的雞蛋——則不會發(fā)生。這同樣違反熱力學(xué)第二定律。在《哈利·波特》里面，我們看到家具在魔棒的指引下，歸回原位;裝飾品打碎了，書撕碎了，都在空中自行復(fù)原，落回到書架上。所有這一切都違反熱力學(xué)第二定律。
