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熵增使一切趨向無序,然生命卻極度有序,所以生命以負熵為生

科學信仰
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英國物理學家亞瑟·斯坦利·愛丁頓認為,熵增法則在自然法則中占據(jù)著最高的地位,萬事萬物都需要遵循熵的法則,概莫能外。

熵的概念最初只是誕生于熱力學研究之中,最早提出熵的概念的是德國的物理學家克勞修斯,通過熱力學第二定律,我們知道了在孤立的熱力學系統(tǒng)內(nèi)部,熱傳遞是一個不可逆的過程,因為在孤立的系統(tǒng)內(nèi)部,熱量的分布必然會逐漸趨于均衡。

舉個現(xiàn)實的例子,如果我們向一杯溫水中投入一個冰塊,水的熱量會傳遞給冰塊,使冰塊升溫融化,而并不是說冰塊將自身的熱量傳遞給溫水,于是自己變成了一塊更冷的冰,而水變得比之前更熱了。溫度只能夠從高溫物體向低溫物體移動,最終實現(xiàn)熱量平衡,這就是熱力學上所講的熵增。熵增原理誕生于熱力學之中,卻并不局限于熱力學。

熵增原理可以說極具魅力,很快,科學家們便其將廣泛應用于了熱力學以外的幾乎全部領域,在天體物理中、在化學中,甚至于在信息學和概率學之中都可以見到熵增的身影,而且在全部的領域中,熵增原理都是無法被打破的。

熵代表了系統(tǒng)內(nèi)部的無序程度,在任何一個孤立的系統(tǒng)內(nèi)部,熵值只能夠增加,而不能減少,所以任何一個孤立的系統(tǒng)都必然從有序走向無序,這個過程或快或慢,但不會停止,更不會倒退。將一個玻璃杯放置在桌子上,假以時日,它定會變?yōu)橐欢褵o序的玻璃渣。如果你覺得玻璃杯不夠結實,大可以把它換成一塊石雕,不需要對它施加任何外力,只要時間夠長,它定會成為一堆無序的石粉。一個杯子、一塊石頭不能違背熵增,整個宇宙同樣也不可以違背熵增。

有科學家認為宇宙最終也會達到一種極致的無序狀態(tài),星云坍縮為恒星、恒星坍縮為黑洞、黑洞因霍金輻射而蒸發(fā)殆盡,最終宇宙的熵值增至最大,無序和黑暗成為了宇宙中的一切,這就是宇宙熱寂說。

當然,熱寂說只是一種假說,也有科學家認為宇宙并不會如此,因為引力和量子效應的存在,宇宙很難達到平衡,于是也就不可能實現(xiàn)熱寂。熵增不可違背,但并非不可對抗,我們每一個人以及我們所知的所有生命體都在與熵增進行對抗。系統(tǒng)只能由無序走向有序,而生命體是一個極度有序的系統(tǒng),當一個生命體的無序程度持續(xù)增加,達到極致的無序狀態(tài)時,便迎來了死亡。生命體對抗熵增的過程引起了物理學家們的興趣,奧地利物理學家薛定諤說過,生命體必須不斷從環(huán)境中汲取負熵,這樣才能夠?qū)轨卦?,避免自身因退化到無序狀態(tài)而死亡。

熵增使一切走向無序,而生命體卻極度有序,所以生命以負熵為生。

生命體之所以可以與熵增進行對抗,是因為生命體并不是一個孤立的系統(tǒng),而是一個典型的耗散結構。耗散結構理論最初是由物理學家普利高津所提出的,簡單來講就是說如果一個系統(tǒng)可以始終保持與外界的物質(zhì)和能量交換,那么它便可以保持一種有序的平衡狀態(tài),從而避免因熵增過快而走向死亡。

生命體顯然是一個典型的耗散結構,我們每天與外界進行物質(zhì)和能量的交換,我們通過攝入負熵來降低自身的熵值。何為負熵?我們所吃掉的富含營養(yǎng)的食物就是負熵,如果一個人不進食,那么自身的熵值就會迅速增加,很快機體就會因無序而走向死亡。

當然,只是攝入負熵還不夠,我們還要排出正熵,所以新陳代謝是任何生命體都不可缺少的過程。

當然,負熵并不是攝入得越多越好,暴飲暴食對健康是有極大的損害的,這是因為一切系統(tǒng)都會由有序走向無序,我們攝入得負熵,最終都會變?yōu)檎兀赃^量的飲食反而會推進身體的無序化進程。

生命體可以通過與外界進行物質(zhì)和能量的交換,從而實現(xiàn)與熵增的對抗,那么其它系統(tǒng)就只能走向無序和混亂嗎?這也不盡然,一些科學家就認為宇宙系統(tǒng)的熵值在到達最大極致之前,會進入到一種穩(wěn)恒態(tài),所以并不會走到最終的無序狀態(tài)而進入熱寂。事實上以目前人類對宇宙的了解,宇宙是否是一個孤立的系統(tǒng),還不能夠完全確定。

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