entropy01 熵 每一个类似的涉及热力学第二定律的问题经过也许不超过20次提问..太阳通过引力塌缩引爆核反应产生能

李淼：熵

2009/03/13 21:44 [科学 ]

（节选）

热力学第二定律就很容易理解，一个孤立体系的宏观状态所占的微观相空间体积总是随着时间而增长，至少不会减少。在直观上，没有比这个更自然的了，随着时间增长，物体的微观状态总是变得越来越“普通”。例如，一个杯子被摔到地上，水溅开来，杯子打碎了，这是常见的现象。我们很少看到一个打碎的杯子会自动收集流散在地上的水，然后自动跳到人的手中。也许，我们中国人作出了五大发明而不是四大发明，朱买臣同学在很久之前就给出了热力学第二定律的表述：覆水难收。同样，一个鸡蛋只会被打碎，一个煎好的鸡蛋不会将热量释回去，然后渐渐变成打碎前的生鸡蛋。这是热力学第二定律，学前班的小朋友都会明白的道理。

从量子力学的角度，我们更加容易理解热力学第二定律。热力学第二定律在这里说，一个物体宏观状态对应的微观量子态的数目不会随着时间而减少。这是因为，不同量子态之间有着或多或少的联系，随着时间的增长，量子跃迁使得该系统访问越来越多的量子态。

那么我们问，为什么整个宇宙不处于一个最大熵状态？为什么有熵增长的现象？这个问题等价于，为什么宇宙在前一刻的状态总是比下一刻的状态特殊？这是在追问热力学第二定律的起源。任何一个学过统计物理的同学都会自然地问这个问题，因为无论在经典力学还是量子力学中，物理定律是时间反演不变的，也就是说，物理定律本身不能用来判别时间的方向。

对于这个问题的终极回答是，因为宇宙起源于一个非常特殊的状态，也许是一个熵等于0的状态。就是说，我们日常见到的生老病死等一切不可逆现象都可以归结为宇宙的零熵起源。

比如说，我们可以问，科学为什么能够进步？回答是，社会在进步。我们继续问，社会为什么能够进步？回答是，人在不断出生和死亡。我们继续问，人为什么能够出生和长大？回答是，人在消费周围的物体的能量使得周围的体系的熵增大。我们继续问，我们为什么能够消费周围的能量？回答是，我们可以通过各种不可逆过程提取周围的能量，如通过水从高处流到低处来发电。我们继续问，为什么水能够从高处流到低处？回答是，因为地球上水可以通过蒸发和下雨来循环。我们继续问，水为什么能够蒸发？回答是，通过消耗太阳的能源，同时太阳的熵在增大。我们继续问，太阳为什么能够产生能源？回答是，太阳通过引力塌缩引爆核反应产生能源。我们继续问，太阳的引力塌缩怎么来的？……等等，这些问题最后归结为整个宇宙起源于一个非常特殊的状态。

我相信，每一个类似的涉及热力学第二定律的问题经过也许不超过20次提问，最终都归结为宇宙的起源。这很象一个古老的游戏，参加游戏的人被允许提问不多的次数而将最终的答案找出来。

我们绝大多数人都会满足于这个最终答案：宇宙起源于一个特殊状态。在这个起源之前发生了什么，我们不应该再问了。

在基督教中有这么一个说法，上帝在7天之内创造了整个世界，如果谁胆敢问上帝在创世之前做了什么，或者上帝是谁创造的，那么上帝在创世之前为胆敢问这个问题的人准备好了地狱。