熵增是基本的定律

理解熵增其實很容易:一個獨立不受外界影響的容器,裡面有規律的間隔,隔開空氣區間和真空區間;一旦撤除容器內部所有間隔,整個容器就會形成一整個均勻的狀態。這是一個自然的過程,也是熵增的過程。(如下圖)

先描述一下容器開始的狀態:空氣區間和真空區間是明確分開的。也就是說,孤立系統局部狀態是不同的,我們說這是「有序的」。

再描述最後均勻的狀態:最終容器中任何一個點的氣體密度都相同,溫度也相同。也就是說,整個孤立系統內所有局部狀態到處都是相同的,我們說系統變得更加混亂了,也就是「無序的」。

1854年,克勞修斯首次提出「熵」的概念

這個是一個比較理想化的實驗,但和現實緊緊相連。在現實中,取消區隔其實就是自然的狀態。也就是說一個孤立的系統,在自然狀態下,總是從有序的狀態,變成更加無序。這就是熵增的本質。

熵增是宇宙基本定律

熵增是宇宙的動力

你可以繼續追問:為什麼取消區隔,空氣會向沒有空氣的真空移動?空氣移動的動力或者動機到底是什麼?

這個問題從本質來看,是在問,為什麼自然狀態下孤立系統總是從有序變成無序?

其實這個問題本身,就是答案本身。也就是說,答案是熵增定律:世界就是要從有序變無序。宇宙運動的動機,就是要從有序變成無序,無序是一個最穩定的狀態。所以空氣,會從有空氣的地方走向沒有空氣的地方;熱量會從熱量高的地方,流向熱量低的地方;最終達到一個混亂但是非常穩定的狀態。

嘗試把宇宙看做孤立的系統

宇宙到底是不是孤立的系統?人類還無法確定這個問題的答案,但現階段人類認識宇宙主要有兩個理論:宇宙大爆炸理論和宇宙膨脹理論。

宇宙大爆炸理論認為,宇宙最初是從一個無限小的奇點開始的。

宇宙大爆炸

宇宙膨脹理論認為,宇宙是不斷增大的,增大的速度甚至可能超過光速。

宇宙膨脹

宇宙大爆炸理論和宇宙膨脹理論,會推導至一個結論:宇宙是有邊界的。

宇宙有邊界,那我們可以認為宇宙是一個孤立的系統。

宇宙是個孤立的系統 ?

那熵增到極致的宇宙是什麼狀態?

從文章最初我們的實驗里可以看出,熵增最極致的結果,就是「一片混亂」。整個宇宙孤立系統任何一個點,任何一個局部,都沒有任何區別。

這種狀態下,我們現在眼前所見到的所有東西,都會消失,一切都灰飛煙滅。

熵增到極致?

平均的狀態是什麼樣的呢?

假設1:假設宇宙中的物質有最基本的最小粒子,那這個平均的狀態,就是宇宙的所有有質量的東西全部拆開成最小單位的基本粒子,並且這些粒子平均分布在宇宙的每個角落。

這個假設的前提,是存在最小的基本粒子,而且不是我們說的原子,甚至不是比原子更小的夸克。

因為原子是有序的,原子由原子核和電子構成,直接說明了原子本身就是一個有序的結構;

原子的結構

夸克比原子還要小,現代理論認為夸克和電子都是不可再分的基本粒子,但是夸克和電子質量是不同的,也就是有序的,那最終均勻的「基本粒子」,不會是夸克,也不會是電子。也許是重量和體積在夸克和電子之間的一種粒子。

原子核的結構

據說還有一個弦理論,這個理論認為物質基本構成是弦,讀者如果熟悉弦理論也可以思考弦理論下的宇宙最平均狀態。

假設2:其實上面的假設還有一個很大的漏洞:只要仍存在粒子和空間,粒子和空間仍然是不同的,宇宙仍然有序,仍然未達到最極致的均勻狀態。進一步的均勻狀態,應該是再也不存在物質和空間的區別。這種狀態可能是我們現在無法想像的狀態。

也許可以用老子的一句話形容這種平均態「有即是無,無即是有」。那這種狀態跟什麼都沒有又是否有區別呢?

而中國古代神話,盤古在混沌中被孕育出來,也把世界從混沌狀態中創造出來的,最終宇宙歸宿難道也回歸到一切平均的混沌狀態嗎?

混沌中孕育了盤古

盤古開天闢地

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