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能量与熵

上述讨论可能会让你觉得,热力学第一定律和第二定律完全不是一回事。毕竟一个关注的是能量及其守恒,另一个关注的是熵及其增长。但这两个定律实际上有深刻的联系,这种联系也凸显了第二定律隐含的一个事实,一个我们还会反复提到的事实: 并非所有能量都生来平等

我们就拿炸药来举个例子吧。炸药里的所有能量都包含在一个密实有序的化学物包裹中,因此很容易利用。把炸药放在你想用掉这些能量的地方,然后点燃引信。就这样。爆炸之后,炸药里的所有能量都还在,这是第一定律在起作用。但是,由于炸药里的能量转化成了四下散开的颗粒快速、狂乱的运动,现在要利用这些能量可就难得很了。因此,虽然能量的总量没有变,但能量的性质变了。

在爆炸之前,我们说炸药的能量有很高的品质:集中且容易获取。爆炸之后,我们说能量的品质就低了:四散开来,难以利用。炸药爆炸的过程完全遵守第二定律,从有序变成无序,即从低熵变成高熵,因此我们认为,低熵与高品质的能量相关,而高熵与低品质的能量相关。是的,我知道,这儿好多高高低低搞得人晕头转向。但结论言简意赅:热力学第一定律宣称能量的数量在时间推移中是守恒的,而第二定律则宣称能量的品质会随时间的推移而退化。

那么,为什么未来与过去不一样?从我们已经知道的这些来看,答案显而易见:跟过去相比,驱动未来的能量,品质更低,或说未来的熵比过去高。

至少,玻尔兹曼是这么设想的。 T6i/lMu7KgjeMu+awaE58ftASB/o6u+Ua2e7keX9r4qA+x1o/PE+CQSVJrIzLlq7

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