熵增定律：为什么会让人类感到绝望？

熵增定律：为什么会让人类感到绝望？

没有物理学，就不会有现代科技文明。一代又一代的物理学家不断发现新的物理定律，并且加以利用，从而造就了现代科技的迅猛发展。如果要说哪一条物理定律最为强大、最具破坏力，大家首先会想到什么呢？

爱因斯坦的质能方程（E=mc^2）可能是很多人的选择，这条简洁的公式从相对论推导而来，它把能量（E）和质量（m）相互等价起来。由于真空中的光速（c）非常快，每秒将近30万公里，所以光速平方在数字上非常大，这意味着即便是一粒小小的沙子，本身也蕴含着极其庞大的能量。

基于质能方程，人类知道了敲开原子核，进行核裂变反应，可以获得巨大的能量，由此人类制造出了原子弹和核电站。而如果把两个较轻的原子核结合在一起，发生核聚变反应，可以产生更大的能量，由此人类制造了氢弹，也知道了太阳的能量来源是氢核聚变。

虽然核反应能够释放出巨大的能量，但无论是核裂变反应，还是核聚变反应，其质能转换效率其实很低。如果能够找到反物质，与正物质发生湮灭反应，可以把质量完全转化为能量。只要大约6.3吨的正物质和等质量的反物质发生湮灭，所产生的能量足够目前全世界的人类使用一年。

虽然现代物理学非常强大且有效，但爱因斯坦认为，无论是牛顿物理学，还是爱因斯坦的相对论，或者是主宰微观世界的量子力学，它们都存在局限性，未来将有可能被新的理论所取代。

然而，有一条物理定律却是亘古不变的，这就是熵增定律，它是热力学四大基本定律中的第二定律。这条物理学定律早在相对论之前就已经发现，但没有像其他物理定律那样广为人知。

事实上，熵增定律在宇宙中演化过程中极其重要。自宇宙从138亿年前创生开始，熵增定律就已经决定了宇宙必将走向毁灭。这条定律无疑让我们深深感到绝望，以致于一些科学家称宁愿不要发现熵增定律。那么，熵增定律究竟是怎样的宇宙法则呢？

首先，我们需要了解一下“熵”的概念，可以从两个方面来理解。其一，熵用于表征一个系统中能够用于做功的能量多少，有效能量越多，熵值越低。其二，熵也能用于表征一个系统的有序程度，有序度越高，熵值越低。

举例来说，汽油燃烧之后，一部分能量用于做功驱动汽车前进，还有一部分转化为废热，这个过程有用能被消耗掉，且是不可逆转的，所以熵增是必然的。

作为熵概念的提出者，物理学家克劳修斯也给出了一个具有代表性的熵增现象，冰融化的过程，是水分子扩散的过程，水分子变得更加分散，混乱度变得越来越高，这意味着熵值增加。

在孤立系统中，熵增是必然的过程，不可能自发出现熵减的现象。虽然能量始终是守恒的，但有用能消耗掉之后，做功能力只会变得越来越差。孤立系统只会变得越来越混乱，不会自发变得有序。

但在局部，可以出现熵减，例如，空调制冷，低温环境把热量传递给高温环境；生命高度有序，始终处于低熵状态。这些熵减现象都会消耗有用能，从而导致整个宇宙的熵变得越来越高，熵增定律仍然占据支配作用。

宇宙的熵只会不断增加，但不会无限增大，而是会到达一个极限。到了那时，宇宙消耗完所有可用的能量，热量停止流动，宇宙停止运转，这就是熵增宇宙的注定结局——热寂。

不过，宇宙现在还很年轻，充满了活力，不断有新的恒星正在形成，宇宙热寂的时间最早也要在10^1000年之后才会到来。