熵增热力学第二定律的背逆 - 我们在宇宙何处?

熵增热力学第二定律的背逆 - 我们在宇宙何处?_紅塵 12/8/2022
热力学第二定律(Second Law of Thermodynamics)是关于热力学过程的不可逆性。 封闭系统自发地朝著热力学平衡方向演化，且不可逆, 平衡方向最终结果产生最大熵状态。 熵是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数，当系统的熵增加，系统做功能力也下降，系统混乱无序状态增加。 所以熵是混乱指标。有序系统是小熵或负熵。热力学第二定律指出，在一个封闭的系统中，总熵总是会随着时间的推移而增加, 熵可以理解为无序。 热力学第二定律数学方程式表述为:

ΔS (熵) = Q(热量)/T (温度)

该表达式的物理含义是：一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收或耗散的热量除以它的绝对温度。可以证明，只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加。

按照热力学第二定律, 熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程。 生命也可以用热力学第二定律来解释, 生命是以摄入外部营养和必要元素, 来维持有序的生命化学活动过程和组织结构, 人活着就是在对抗身体系统“熵增定律”。 生命体不断地由有序走回无序，最终不可逆地走向老化死亡。 同理, 地球、太阳、甚至宇宙都在熵增过程,  最终会耗尽, 直到尽头。在任何一个封闭的环境，里面的任何事物，必然会自发地从有序到无序，直至消亡。在学术界, 熵增热力学第二定律是凌驾于其他定律之上的定律。所以, 也认为世间万物都是这样。

但现实是, 我们生活在一个有秩序的世界, 无论从微观还是宏观。 例如, 有序的原子结构, 有序的分子相互作用, 有序的社会分工, 有序的环境和自然, 更有序的太阳系旋转和宇宙构成。所有这些都挑战热力学第二定律的绝对性。

莎士比亚曾问:为什么我们的宇宙实际上已经发展到一些具有超常有序的系统? 这事实上与热力学第二定律的预测恰恰相反。在耗散结构方面的发现表明, 热力学第二定律可能不适用于所有系统。 液体倾向于自组织成六角形细胞模式，肥皂泡泡总是倾向于圆的, 密集快速的群体飞行，为什么飞鸟不会发生碰撞？

鸟类群体飞舞会在天空中组成如此美丽的图案, 鸟群的群体飞行表演令人叹为观止。但这背后的科学问题是:鸟群是如何保持高度的协调性? 熵增热力学第二定律无法解释鸟群飞舞这个现象。 信不信由你，鸟群中的每只鸟都在跟随三个简单规则：(1)靠近但不要撞到周围的鸟我; ((2)飞得像我附近的鸟儿一样快； (3)并向小组的中心移动。 

© Nicholas Dunlop

从社会科学角度看: 从个人行为规则中创建有序系统的方法没必要严格遵守熵增热力学第二定律。