數百年前,人類走上了科學發展的道路,科技給人類文明指引了新的方向,讓我們對這個世界的認識不斷加深,並且在上個世紀中葉還走出了地球開始重新認識宇宙。
科技想要飛速發展,需要科學理論的指引,而這些偉大的科學理論其實本身隨着宇宙的誕生而出現。只不過,它們都隱藏在宇宙中,需要科學家去不斷探索發現它們。
我們發現探索到的科學理論越多,對萬物,對宇宙的認知也會越多。不管是牛頓的萬有引力定律還是愛因斯坦的相對論,都讓我們重新認識了物質世界,對宇宙有了全新的認知。
隨着人類科技的不斷進步,發現的科學理論也越來越多。這些科學理論實現了人類文明的飛速前進,讓我們對人類的未來越來越充滿希望,可是當一個物理理論被發現之後,卻讓人們心生絕望。
這個科學理論就是熱力學第二定律:熵增定律,對於這個顛覆人們認知的理論,相信不少朋友都聽説過。那麼什麼是熵增定律?在熱力學中,它通常被用來描述一個不可逆的過程,即熱量從高温物體移動到低温物體。
而在正常情況下,它常被用來描述孤立系統中的混亂(無序)程度,“熵”值越大混亂程度越高。例如,我們穿的衣服會越來越舊,房子會越來越舊等,這些都是熵增的過程,是不可逆的一個過程。
通過熵增定律,我們認知到了萬物的結局,認識到了天體的消亡也是熵增的新技術。更重要的是通過熵增定律,我們似乎看到了宇宙最終的結局,同樣也是消亡,熵增是一個正向不可逆的過程,我們不用懷疑它的真實性。
那麼我們常常説有正就有負,宇宙中存在熵增,那是否存在負熵?宇宙萬物目前還沒有發現負熵的東西,可萬事沒有絕對,如果説宇宙中什麼東西可能是負熵,那很多人都會想到是生命。
沒錯,生命是宇宙中出現的最神秘的事物,無人知道生命是如何起源的。而生命的本質可以有多種描述,比如生命的本質就是基因的進化演化。著名物理學家薛定諤在其著作《生命是什麼》中指出,生命以負熵生,其本質是一個負熵系統,一個能夠通過攝入環境中的負熵使得自身不和外界環境熱平衡的系統。
沒錯,生命系統就是一個負熵系統,別的事物從誕生的那一天起熵值就會不斷增加,從最初的有序變為無序,最後走向消亡。可是生命則不同,雖然在很多人看來,生命也有壽命,這應該也是一個熵增的結果。可是我們不要忘了,生命的壽命卻是可以改變的,人類的壽命從遠古時期到現在,一直都在增加。
而且人類可以通過攝取外部的能量來讓自己的生命延續,讓原本虛弱的身體重新健康起來,這個過程就是一個熵減的過程。也就是説人類從誕生的那一天起,熵就會出現,同時熵值也會不斷增加,可是這種增加卻是可逆的。
當一個人生病之後,它的身體會快速虛弱,這其實就是熵增的結果,身體越來越混亂。可是隨着治療的進行,通過外部的能量和技術,一個人的身體會慢慢好起來,最後恢復健康狀態。這其實就是熵減的一個過程,本來大量增加的熵值,卻通過外部的能量攝取,熵值在不斷減少,逆天而行。
由此我們也可以看出,生命在宇宙本身就是一種極為特殊的存在。人類這種生命體還不算什麼強大的,而在地球上有一種生命卻可以不斷返老還童,這種生命體的熵值先增加後歸到原始重新開始,非常神奇。
當面,這種熵減的過程主要是體現在生命體上,在非生命的物質上目前還沒有出現。當然,對於一個系統來説,在整體熵增的過程中,有可能也會出現一些熵減的小過程,只不過這些熵減的小事件無法影響到整個系統的熵增趨勢,只不過是延續了墒增的過程。
看到這裏,可能很多人越來越迷糊:熵增定律是不可逆的過程,為什麼人類卻出現了熵減?這是怎麼回事?其實對於熵增定律,熱力學奠基人、著名物理學家路德維希·玻爾茲曼最有發言權,他指出:熵增並不是一個純粹的增加過程,在一個宏觀系統中,出現熵增的概率要遠遠大於出現熵減的概率,即便該系統已經達到熱平衡,熵也會在其最大值附近漲落。
要如何理解這個呢?我們可以舉一個簡單的例子來説明,例如滾滾江水向東流,在長江東流這個大系統中,江水向東流是一個熵增的過程,可是在整個過程中,江水會碰到各種石頭。而江水碰到石頭會讓水產生一個迴旋,形成向其他方向短暫流動的一個趨勢,這個時候熵值是減少的,也就形成了熵減。
可是這些弱小的熵減並不能改變江水整體向東流的趨勢。人類的壽命也是如此,人類從誕生的那一刻起,整體的趨勢就是熵增,所以才有了生老病死。可是在這個生死的過程中,會出現許多的小系統,而這些小系統的熵有可能會減少。例如當我們生病之後,熵值在繼續增加,後來通過藥物治療,身體恢復健康,熵值就會出現減少。
生命之所以是一個負熵系統,並不是説生命這個系統的增值一直處於負數狀態,而是指生命可以經常保持一個低熵值狀態。之所以能夠保持這個狀態,就是因為我們可以通過攝入外部的能量來大幅延續熵值的增加,有時還能夠讓熵值大幅減少。
可是人體這個熵值系統同樣是一個不可逆的過程,從宏觀的系統中,熵值在增加,最後的結局就是死亡。可是在大系統中還有無數的小系統,只要我們能夠讓這些小系統不斷進行熵減,那麼就可以大幅延續熵值的增加,大幅延長壽命。
而這種生命體特殊的熵減情況,在宇宙中也是存在的,只不過它們改變的只是一個小趨勢,而宇宙這個大系統的熵是一直增加的,也就是説宇宙最終毀滅的結局是不會改變的。而熵減主要體現在生命體上,可見生命體的確是宇宙最為特殊神秘的一種事物。