方式,来规避熵增。
1871年,英国物理学家麦克斯韦设想了这样一个实验有一个箱子被一块板一分为二,板上有一个活门,由一个从海加尔山抓来做苦力的小精灵把守。
小精灵能测量气体分子的速度,对于右边来的分子,如果速度快,他就打开门让其通过,速度慢就关上门不让通过。
对于左边来的分子,则速度慢的就让通过,速度快的就不让通过。
一段时间以后,箱子左边的分子速度就会很快,右边则会很慢。
这意味着箱子的无序度降低了,熵减少了。
机智的麦克斯韦还假定,活门既无质量也无摩擦,那么在这一过程中小精灵并没有做功,这不就违反了热力学第二定律吗?
直到60年后,这个问题才被圆满解决。
匈牙利物理学家西拉德提出,做功的是小精灵的“智能”。
他认为,获取信息的观测过程小精灵判断分子的速度快慢需要能量,必然会引起熵的增加,其数量不少于因分子变得有序而减少的熵。
这样,由箱子、分子和小精灵组成的整个系统,就仍然遵守热力学第二定律。
现在回头来看,获取信息需要额外做功是顺理成章的,然而在19世纪末,睿智如麦克斯韦也没有看出小精灵的“观测能力”,对箱子分子小妖系统的影响。
直到20世纪,物理学家们才意识到,“观察者”在量子力学中扮演的重要角色后,信息与物理的关系才被理解。
那么有人又会问了既然自然界的所有过程最终都趋于无序,那么为何会有生命这种高度有序的存在呢?
在这个哲学问题的思考上,薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》一书中提出,生命从环境中抽取“有序”来维持自身的“有序”。
吃喝是摄取“有序”的过程,食物的有序度经过消化被降低,最终以拉撒的方式将“无序”排放回环境。
另外,生物会通过散发热量,把生理过程中产生的剩余熵排放到环境中。温血动物较高的体温,有利于更高效地排除熵,因而能产生更强烈的生命过程
就总体而言,排放的熵要大于摄取的负熵,所以满足熵增原理。
在这个意义上,生命,尤其是智慧生命的出现,加快了能量的均布,大力促进了宇宙的无序化进程!
“我们猜测,宇宙嫌弃整个热寂的过程实在太慢,由此创造了生命,是不是如此呢?”
举个例子,燃烧煤、石油、天然气的行为,释放了原本储存在化石燃料内部的能量,使其以辐射、热传递等形式更快地分布到了环境中,而核能的利用,甚至使生命有能力释放原子内部的能量。
如果把熵增过程比喻为拆迁,那么,智慧生物就好比宇宙请来的城管。
等级越高的文明,越能够帮助宇宙回归热寂。
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