【现代科学沉思录】人们对熵增定律的评价

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【现代科学沉思录】人们对熵增定律的评价

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熵增定律是热力学第二定律的核心内容，描述了封闭系统中熵（无序度）总是倾向于增加的自然趋势。这一概念不仅在物理学中占据重要地位，还被广泛应用于生物学、宇宙学乃至企业管理等多个领域。让我们一起来看看，不同领域的专家们是如何评价这一看似简单的物理定律的。

薛定谔：生命与负熵

1943年，奥地利物理学家、量子波动力学创始人薛定谔在《生命是什么》一书中，石破天惊地提出了“负熵”概念，首次将熵理论和生命结合在了一起。

“自然万物都趋向从有序到无序，即熵值增加。而生命需要通过不断抵消其生活中产生的正熵，使自己维持在一个稳定而低的熵水平上。生命以负熵为生。”

爱因斯坦：最高定律

“牛顿力学可以被证伪，相对论也可能在被证伪，但热力学第二定律（熵增定律）最不可能被证伪，是最高定律。”

爱丁顿：至高无上的原则

“我认为，熵增原则是自然界所有定律中至高无上的。如果有人指出你的宇宙理论与麦克斯韦方程不符，那么麦克斯韦方程可能有不对；如果你的宇宙理论与观测相矛盾，嗯，观测的人有时也会把事情搞错；但是如果你的理论违背了热力学第二定律，我就敢说你没有指望了，你的理论只有丢尽脸、垮台。”

西拉德：麦克斯韦妖的破解

1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想了一个实验。该实验可以简单地描述为：

一个绝热容器被分成相等的两格，中间是由“妖”控制的一扇小“门”，容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击，“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格，而较慢的分子放入另一格，这样，其中的一格就会比另外一格温度高，可以利用此温差，驱动热机做功。

这个小妖就是麦克斯韦妖（Maxwell's demon），是在物理学中假想的妖，它能探测并控制单个分子的运动。

直到60年之后，这个被称为“麦克斯韦妖”的实验，才被匈牙利核物理学家利奥·西拉德所破解。

西拉德认为，精灵观测分子运动必然需要消耗能量，而能量消耗必然引起熵的增加，其增加量不会少于分子运动减少的熵，所以，这个看似无懈可击的孤立系统，实际上仍然遵循着热力学第二定律。

霍金：时间箭头

“至少有三种不同的时间箭头：

第一个，是热力学时间箭头，即是在这个时间方向上无序度或熵增；
然后是心理学时间箭头，这就是我们感知时间流逝的方向，在这个方向上我们可以记忆过去而不是未来；
最后是宇宙学时间箭头，在这个方向上宇宙在膨胀，而不是收缩。

热寂说

作为一个“孤立”的系统，宇宙的熵会随着时间的流逝而增加，由有序向无序，当宇宙的熵达到最大值时，宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡。这种状态称为热寂，即宇宙的尽头是热寂。

热寂理论最早由威廉·汤姆森（William Thomson）于1850年根据自然界中机械能损失的热力学原理推导出的。

热寂理论起源于十九世纪物理学家对热力学第一定律和热力学第二定律对宇宙进程的影响的研究，特别是威廉·汤姆森在1851年对当时的一个动态热力学理论（Theory of Heat）实验做出了如下描述：“热量并非一种物质，然而是机械作用的一种动态形式，我们认识到机械功与热量之间必须是相关的，就如同因与果。”

随后，热寂理论又由赫尔曼·冯·亥姆霍兹和威廉·兰金加以发展。