火星一号|一条让人感到绝望的物理定律，物理学家：宁愿没发现它
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人类的现代科技文明是建立在物理学之上 ， 牛顿的经典物理学让火箭飞上太空 ， 麦克斯韦的电磁学让现代电工学发展起来 ， 爱因斯坦的相对论让导航卫星定位变得精确 ， 量子力学让现代电子工业建立起来 。 可以说 ， 没有物理学的发展 ， 就没有现代科技文明 。
物理学的发展离不开物理定律的发现 ， 新的定律有可能预示着新的物理学 。 几条基本的物理学定律 ， 就能构建起一座物理大厦 ， 并能够指导科技的发展 。 在过去的几百年 ， 物理学和科技就是这么蓬勃发展起来的 。
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在这些物理学定律中 ， 有一条让物理学家“又爱又恨” 。 有的科学家宁愿宇宙中就只有这条定律 ， 有的科学家则宁愿没有发现这条定律 。 这条定律就是热力学第二定律 ， 或者它还有一个更加响亮的名字——熵增定律 。
热力学第一定律表明 ， 能量是守恒的 ， 无法被凭空创造出来 ， 所以试图造出一种能够持续输出能量的永动机是不可能的 。 自那之后 ， 有些人又提出了另一类永动机 ， 如果从自然界中吸收热量 ， 驱动永动机转动 ， 这样就能源源不断地对外做功 ， 而且又没有违背能量守恒定律 ， 这就是第二类永动机 。
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但随着热力学第二定律的发现 ， 人类意识到第二类永动机也是不现实的 。 虽然能量是守恒的 ， 但有效的能量会越来越少 。 煤炭的有用能很高 ， 但它们燃烧之后释放出的能量不可能被全部用来做功 ， 同时会产生一部分废热 。
物理学家克劳修斯引入“熵”来表征有用能的多少 。 能够用于做功的能量越多 ， 熵越小；有用能越少 ， 熵越大 。 以煤炭为例 ， 没有燃烧的煤炭熵值小 ， 燃烧之后残留下来的煤渣熵值大 。
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在一个孤立系统中 ， 有用能会越来越少 ， 熵会变得越来越大 ， 这就是熵增原理 。 如果从自然界中不断吸热 ， 以此实现持续做功 ， 导致有用能增加 ， 就会违背熵增定律 ， 所以这种永动机无法被造出来 。
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另一方面 ， 熵也可以用来表征系统的混乱程度 。 系统的混乱度越小 ， 有序度越高 ， 熵越小 ， 反之熵越大 。 这可以用玻尔兹曼熵公式来描述：
S=k·logW
其中S为系统的熵；k为玻尔兹曼常数；W为微观状态数 ， 其数值越大 ， 系统越无序 ， 熵值越高 。 这是一个非常奇妙的公式 ， 它把微观和宏观直接联系在一起 。
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对于孤立系统 ， 熵总会自发地增加 ， 有序度越来越小 。 熵增原理是不可逆的 ， 以生活中的常见事物为例——破镜无法自发复原 ， 水和牛奶混合后无法自发分开 。 从某种意义上来讲 ， 熵增也代表着时间的流逝 ， 时间是不可逆的 ， 熵只会增加 。
这条物理学定律会推导出一个令人绝望的宇宙大结局——热寂 。 如果宇宙是一个孤立系统 ， 随着时间的推移 ， 熵将会不断增加 ， 宇宙的混乱度会越来越大 ， 有用能逐渐消耗掉 。 人类以及其他生命都是负熵体 ， 为了维持机能 ， 我们要不断消耗有用能 ， 这会增加整个宇宙的熵 ， 加速宇宙的衰亡 。
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