一个让人害怕的物理定律,科学家表示:宁愿没发现它
“物理学”是科学中影响力最大的一门学科,世界知名的科学家基本都是物理学家,因为许多物理定律的出现直接颠覆了人类对宇宙的认知,同时物理学也是人类探索宇宙研究物质运动的基础。
宇宙的本质就是物质的运动,时间和空间的概念都是在物质运动的基础下诞生的,而物理学就是研究物质一般运动和基本结构的学科,可以说,物理学就是在探索宇宙的本质,在寻找一切问题的答案。
那么,在物理学中存在很多科学定律,所有科学定律中最重要的定律是哪一个?
爱因斯坦认为,热力学第二定律“熵增定律”是科学定律之最,在所有科学定律中,这个定律是最重要的,但是也有科学家认为,“熵增定律”是最让人感到害怕的物理定律,因为这个定律说出了宇宙的结局,科学家甚至表示宁愿自己没有发现它。
热力学第一定律和第二定律的相关研究源自于科学家对“一类永动机”和“二类永动机”的研究,这两个定律证明,永动机不可能被制造出来,任何违背热力学第二定律的机器就可以被称为第二类永动机。但是在人类的研究中,不存在任何违背热力学第二定律的现象,“熵”的总值总是会不可避免地增加。
“熵”的含义是“混乱程度”,比如把一滴墨汁滴入一瓶矿泉水中,“熵”的总值就增加了,想要逆转熵增,必然会导致“熵”产生,就像是我们把墨汁滴入水中,不论怎么过滤都无法百分百让矿泉水变回原来的样子,在过滤的过程中会耗费更多的能量。
因此一个封闭系统中的熵总是在不断增加,因为宇宙中任何粒子都在不断运动,不存在绝对的虚空和绝对静止的粒子,从这个角度来看,封闭系统中的熵总是会缓慢增加,即使我们不去影响这个系统,时间的流逝也会导致熵的增加。
即使某一个熵增的过程是可以逆转的,熵的总值也只是保持不变,不可能减少,可以表示为“热量从低温传向高温时,不可能不引起任何其他变化”,一切和热运动有关的过程都是不可逆转的,想要逆转必然要付出更多的热量为代价。
为什么说这个定律让人感到害怕呢?因为从宏观的角度来说,宇宙很可能也是一个封闭系统,恒星的死亡和新生,也是一个熵增的过程中,恒星内部的核聚变反应不断的产生新元素,同时消耗着宇宙中的氢元素,虽然消耗的程度很小很小,但是这个过程是不可逆转的。
元素的银河英雄
随着时间的推移,在未来的某一天,宇宙中不会再有新的恒星诞生,整个宇宙陷入低能状态,虽然人类仍然可以依靠科技生活,但是宇宙可能会因为熵的增加进入“热寂”,也就是绝对的热量平衡状态,一切都只剩下虚无。
除了热寂论以外,也有科学家认为宇宙可能会在未来进入无限接近绝对零度的状态,任何粒子的运动就进入绝对低能状态,除了真空中的量子涨落,计几乎不会再有粒子的运动。
虚拟化的空间
显然,这两个宇宙结局都是人类无法接受的,可是熵增定律在宇宙中普遍存在,很难不把这个定律代入宇宙本身去思考,这就是为什么这个定律让人感到害怕,因为这个定律说出了宇宙的最终结局,那就是熵增到极限,只留下一片混沌。
当然,现在认为宇宙是一个封闭系统还为时过早,平行宇宙和多维宇宙的理论中,我们的宇宙都不是一个封闭的系统,在宇宙之外还可能存在其他宇宙,人类并不是宇宙中的“囚徒”,随着科技的发展,人类会有更多的选择。
不断进化的宇宙Evolving Cosmos
生命为什么不能永生?熵增定律也可以给出答案,生命本身并不是一个封闭系统,我们可以依靠进食来维持高熵的状态,但是细胞分裂的次数是有限的,人体总会达到熵的最大值,也就是“死亡”。
熵增定律不仅仅说出了宇宙的结局,也告诉了我们生命的结局必然是死亡,但是从另外一个角度来看,生命虽然会死亡,但是生物可以不断的繁殖,因为人类具有学习能力,利用科学可以整合各种资源,或许在未来人类可以改变宇宙熵增的结局呢?
熵增定律,是众多科学定律之最,这个定律对于人类的发展来说至关重要,在数学和物理学的众多研究中,都离不开“熵”的概念。