2019-10-23

你每天的吃喝拉撒睡過程都在降解無序物質成為有序的食物，也就是所謂的「負熵」。一個生命有機體在不斷地產生熵—或者可以說是在增加正熵，並逐漸趨近於最大熵的危險狀態，即死亡。要擺脫死亡，要活著，唯一的辦法就是從環境里不斷地汲取負熵。有機體就是靠負熵為生的，新陳代謝的本質就在於使有機體成功地消除了當它活著時不得不產生的全部的熵。

能量轉換會創造出新的狀態，熵就是進入這些狀態的能量。

下面我先來解釋，什麼是「熵」。根據熱力學第一定律，能量是守恆的，可以互相轉化（比如機械能轉化為電能），而不會消失。熱力學第二定律進一步指出，雖然能量可以轉化，但是無法 100% 利用，在轉化過程中，總是有一部分能量會被浪費掉。比如，汽油含有的能量可以轉化成發動機的能量，但是會伴隨產生大量的熱能和廢氣，即使科技再發達，也無法將被浪費的能量減小至零。

考慮到宇宙的能量總和是一個常量，而每一次能量轉化，必然有一部分「有效能量」變成「無效能量」（即「熵」），因此不難推論，有效能量越來越少，無效能量越來越多。直到有一天，所有的有效能量都變成無效能量，那時將不再有任何能量轉化，這就叫宇宙的「熱寂，Heat Death」。所以，熱力學第二定律的一個重要推論就是：熵永遠在增加。

註：好友留言指出：考慮到「永恆暴脹理論」的可能性，宇宙的能量總和也不一定是一個常量。

熵低則混亂度低，熵高則混亂度高。

不過，熱力學第二定律只是定義了「熵」，沒有解釋「熵」的產生原因：為什麼總是有一部分能量無法再利用？1877 年，奧地利物理學家 Ludwig Boltzmann 對「熵」做出了令人信服的解釋。他認為，任何粒子的常態都是隨機運動，也就是「無序運動」，如果讓粒子呈現「有序化」，必須耗費能量。所以，能量可以被看作「有序化」的一種度量。熱力學第二定律實際上是說，當一種形式的「有序化」轉化為另一種形式的「有序「化」，必然伴隨產生某種「無序化」。一旦能量以「無序化」的形式存在，就無法再利用了，除非從外界輸入新的能量，讓無序狀態重新變成有序狀態。

熵就是「無序化」的度量。考慮到「無序化」代表著混亂（實質是隨機運動），可以得到三個重要結論：

結論 1：如果沒有外部能量輸入，封閉系統趨向越來越混亂（熵越來越大）。比如，如果房間無人打掃，不可能越來越乾淨（有序化），只可能越來越亂（無序化）。

結論 2：如果要讓一個系統變得更有序，必須有外部能量的輸入。

結論 3：當一個系統（或部分）變得更加有序，必然有另一個系統（或部分）變得更加無序，而且「無序」的增加程度將超過「有序」的增加程度。

上面三個結論在物理學上是很明顯的。假設一杯冰水，如果沒有外部能量輸入，在常溫下冰塊將會融化（結論 1）；要讓它變得更冰，必須有外部能量的輸入（結論 2）；當它變得更冰的同時，周圍的溫度一定會升高（結論 3）。再者，我們之所以認為宇宙是持續熵增的、時間永遠是單方向的，是因為我們的生物構造只能接受單方向的信息。甚至說，只有熵增方向才意味著記錄，才意味著能誕生生命，才意味著觀測，熵減方向則永遠不可能被記錄，因為其本質就是遺忘。

有「熵增」，難道沒有「熵減」（負熵，negentropy）嗎？負熵就是熵的對立，熵代表的是「無序」，而負熵表示的則是「有序」。汲取負熵，可以簡單的理解為從外界吸收了物質或者能量之後，使系統的熵降低了，變得更加有序了。因此，我們吃的東西必須本身非常有序，即食物必須低熵，所以我們動物只能吃生命。植物則有所不同，對於植物來說，最根本的負熵來自太陽的陽光，陽光是整個地球上所有生物所汲取的負熵的根本來源。Erwin Schr?dinger 在《What Is Life?》第六章中談到：一個生命體的熵是不可逆增加的，當趨於接近最大值的危險狀態，那便是死亡的到來。生命體作為一個非平衡的開放系統要擺脫死亡，從物理學的觀點看，唯一的辦法就是從環境中不斷汲取「負熵」來抵消自身的「熵增」，有機體是依賴「負熵」為生的。

薛定諤：有機體就是靠負熵為生的_科普中國網?

www.kepuchina.cn圖標

為何有機體需要如何之大？Schr?dinger 認為：所有的原子每時每刻都在進行著毫無秩序的熱運動，發生在少數原子之間的事件不能有規律地表現出來，只有在無數原子的合作中，統計學定律才開始影響和控制這些集合體（系統）的行為，它的精確性隨著系統包含的原子數目的增加而增加，在有機體的生命過程中起重要作用的所有物理學和化學的定律都是這種統計性的定律。一個有機體為了使它的內在生命以及它同外部世界的相互作用，都能為精確的定律所描述，它就必須有一個相當巨大的結構。

所謂的「負熵」聽起來玄乎，也只不過是試圖用一種物理學的語言來說明植物利用太陽光能通過光合作用將無機的小分子物質合成複雜（物理學家稱之為「有序」）大分子化合物這樣一個生命過程，但卻未回答為何生命能夠這樣，更不可能揭示生命的內在機制。不過，我們可能永遠無法觀測熵減的宇宙，即使它已經發生了無窮多遍。

分類：科普 &>&>熱力學 &>&>熵

熵增的最低速度就是自然的隨機變化，一切試圖、妄圖、假裝減慢熵增，甚至還局部熵減的行為，其實都在加快全宇宙的熵增。所以吧，啥也不幹最好。不光是人類啦，一切生命物質的生命活動都符合上面的描述

首先，根據熵的定義：S =∫dQ/T或ds = dQ/T （其中，S表示熵，Q表示熱量，T表示溫度）可知：當系統的總熱量的增減為0時，熵為最小值0（不考慮熱量減少時熵為負值）。因此，想要讓熵增減速，就應該保持系統的總熱量不變或盡量不增加或減少；

其次，熱量是分子熱運動狀態變化的標誌。當分子熱運動狀態不變時，則不存在熱量的變化。因此，要使熵增減速就得保持分子熱運動狀態不變；

再者，物體的溫度是分子熱運動峰值頻率（輻射強度峰值對應的頻率）的標誌，要使熵增減速，就要盡量使其溫度提高。

有興趣進一步參與討論的朋友，可參與本人以下文章的討論

熵增無法逆轉，絕對零度或者其他類似極端消極條件可能會使得熵增減緩。

這是一個概率問題，祈求整個宇宙運氣夠好就可以了

推薦閱讀：
相关文章