对于“熵”与时间的简要解释

本文共2512字

1、 什么是“熵”?
打碎的杯子几乎不可能再完全复原,一滴墨水滴入水中扩散开来,你的房间总是在收拾好之后没有原因地越来越乱…这一切越来越混乱的宏观过程,反过来就不会发生。杯子从桌子摔在地上是正常的,但它不会自己从地上跳起来并且复原;开水变凉是正常的,但凉水不会在自然状态下自己烧开,这就是大多宏观过程的不可逆性。想要逆转就得获得额外能量。
你可以把“熵”的前进方向看成一个箭头,这个箭头指的方向到底是哪里呢?
答案是热力学第二定律。

19世纪,科学家们通过热力学研究得出了热力学第一定律,也就是能量守恒定律,指的是一个孤立系统总能量保持不变,能量不会凭空出现也不会凭空消失,他只会从一种形式转化为另一种形式,或者一个物体转换到另一个物体。
但是有人发现能量总是做不到100%的转换。原因就是有相当一部分能量转换过程中被散逸掉了,这部分在转换中无法再利用的能量就是熵。基于这个概念,科学家们得出了热力学第二定律。
热力学第二定律的常见表述有两种,开尔文普朗克表述是,不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响;而克劳修斯表述是最容易理解的,它认为:热量不可能自发从低温物体传至高温物体。
如此简单的一句话清晰简单地展示了宏观世界演化的模式和方向。而这句话的微观表述是:一切自然过程,总是沿着分子热运动更加混乱的方向进行。
大家应该很轻易地就把“熵越大”和“越无序”联系起来。系统会自发熵增,变得更加混乱。

数学层面来描述熵和无序的关系,也是可以表现的。
现在有个盒子,里面有四颗豌豆,你抱起它均匀摇晃后打开看,盒子的上下两半有多少颗豌豆。概率上表述,应该有上4下0,上3下1,上2下2,上1下3,上0下4这几种情况。根据排列组合,它们对应的状态数是1、4、6、4、1这几种,符合杨辉三角(p1)。
从排列组合出的概率可以看出,这四颗豌豆更趋向于“上2下2”的分布状态,即在整个空间中均匀分布。当豌豆数目越大的时候,趋向于空间中均匀分布的概率也就越大。如下图的高斯概率分布(p2),豌豆数目越大,山峰就会越窄越陡峭。
设想这些豌豆就是这个盒子里的空气分子,假设盒子里有一个阿伏伽德罗常数(6.02*10的23次方)的分子“豌豆”,数目多到如此程度,这个概率分布的山峰就会陡峭成一条竖线。
在此概率分布下,这些分子豌豆全部挤在盒子上半部分,而下半部分为真空的概率就会接近无穷小。也就是说,它们几乎就是左右各一半。
还记得上面说的杨辉三角状态数吗,显然可以看出,分子豌豆越多,对应的状态数也就越多,最中间那个最均匀分布的状态数就越大,均匀分布的概率就越大,整个系统的分子运动也更加趋向无序混乱。
于是玻尔兹曼于1887年定义熵S正比于ln(状态数)。用来描述分子运动的混乱程度。

2、 世界能否“熵减”?
诺特定理证明了物理底层规律的对称性。比如自由落体运动,符合牛顿运动定律,如果你将自由落体倒放,你会发现它依然完全遵守牛顿定律。
于是我们发现,牛顿定律在时间上是对称的,同样的,相对论,薛定谔方程…等等基础物理规律都具有这个性质。所以底层物理的直接规律没有过去与未来的区别。
但是大部分生活中的现象时间逆转倒放就是不可发生的,比如牛奶和水的混合,本质上就是牛奶分子和水分子的碰撞,倒放也是完全符合物理规律。但是针对于被水稀释的牛奶自己发生分子碰撞导致水和牛奶分离现象,在总体宏观表现就是不可能发生的事情。
于是出现了一个非常奇怪的碰撞:微观观察,分子碰撞可逆;但可逆的微观分子组成的宏观现象却完全不可逆。出现了熵增和物理规律对称的矛盾,究竟是孰对孰错还是另有答案?

这就是庞加莱重现:
在一个封闭系统中,任何粒子在经过一个漫长的时间之后必然能回到其无限接近其初始位置的位置(但是不能回到原来位置,只能无限接近),尽管这个时间的长度远远超出我们所能想,但是它必然会实现。
以及洛施密特悖论:
如果对符合具有时间反演性的动力学规律的微观粒子进行反演,那么系统将产生熵减的结果。
这两个猜想有悖于玻尔兹曼的思路,世界可以将速度方向都反过来,世界将熵减回到过去。

所以最终问题回归到:底层基础物理规律从哪一个点开始,从时间可逆中诞生了不可逆性?
时间的箭头方向真的可以反向吗?

这个点的猜想,可以利用普里戈津的解释:非平衡热力学中,不可逆不再是观测不到就会消失的表象,而是自然中底层建设的基本盘,时间之矢量不再是错觉,而是开始的奇点。具体研究很复杂,这里不再过多解读。

3、 时间之矢与熵之进退
想必大家也想到时间之矢与熵的某些密切联系:随着时间的增加,物质自发变得无序,在这个基础上,时间箭头与熵增方向一致,热量会自发从高温物体传导至低温物体,能量被我们一直利用直到完全变成热量再也利用不了。
但如果定义时间流逝就是熵增,可以想象一个很令人惊奇的世界:混合在一起的液体会自己分离;火不再是取暖和燃烧物品使用,反而会吸收物体的热量;走在地上的摩擦会让脚越来越冷,摩擦生成的能量还会变成动能让人摔倒…
这当然只是一个架空的设定,但违背热力学第二定律的熵减就一定不存在吗?
有没有一种可能,前面那个盒子里的空气分子突然熵减,所有分子全部跑到上半部分,下半部分真空?
是有这个概率发生的,就是前面那个陡峭的看不到底座的变成一条线的山峰,如果你计算一下这个概率你会发现,这种情况发生的概率是一百亿的二十次方分之一。
他发生了,就是违背热二了,但是又能怎么样呢,在极短的不可观测时间内,他又恢复到均匀分布的模样了。
所以说热力学第二定律是一条统计学规律,大量样本状态下,是不可能观测到违背热二的现象的,我们的世界不是理论上不可能熵减,而是实际上不存在熵减。
最后用一句话总结熵增定律:世界会越来越乱,最后覆水难收。

科学规律一定是高于常识认知的,我们不能指望人在日常的肉眼观察中领悟到混沌运动或者相对论的存在,当你感觉时间在从过去向未来流逝的时候,你得明白,这只是“感觉”,而一个能解释清楚时间和熵这样宏大命题理论,一定是超越感觉的,不能指望这是一篇文章就能弄懂的东西,如果现在没有确切的突破和最合理的解释去阐述它们的话,遇到这些科学的时候,不要试图用感受去理解它,只用现有科学理解,去感受它。

参考资料:
霍金《时间简史》
Zemansky《Heat and Thermodynamics》
周子舫《热学·热力学和统计物理》
霍华德《熵:一种新的世界观》
阿西莫夫《最后的问题》

送给巨蟹座的7句话。

第一句
没有一百分的另一半 只有五十分的两个人

这无疑是巨蟹座重感情的总结,并且表现出对另一半不要求完美,只希望两个人配合默契。没错,人无完人,只要我喜欢的,哪怕是缺点又如何。在我的眼里,能够包容对方的缺点比喜欢对方的优点更重要。

第二句
付出真心 才会得到真心 却也可能伤得彻底
保持距离 就能保护自己 却也注定永远寂寞

希望能够全心全意地投入到感情中去,不论是亲情友情或是爱情。我知道这样的我是不设防的,是会轻易被伤害的。事实上,我也确实遇到过这样的事。结果是我会常常做噩梦,我会因为听到某些歌看到某些话而触景生情……这些好像是后遗症一般缠着我。我也曾经试着去和别人保持距离,但是有保护也有寂寞。最后,我还是想选择付出,当然是有选择的付出真心,会小心翼翼,但最起码不会自闭。

第三句
通常愿意留下来跟你争吵的人 才是真正爱你的人

和一个不相关的争吵,你会常常这么做吗?如果会,那你一定是个有语言暴力的人。但是实际情况是,我是个不轻易和别人争吵的人,因为觉得没必要,并且不在乎,争吵很累哎,要动口动脑,还要冒着撕破脸皮的危险,这么没把握的事我才不干。但是真正几次我动了真气的都是为了我爱的人。大概只有他们才是我愿意花费力气去吵架的吧,不太清楚呢~~~

第四句
有时候 不是对方不在乎你 而是你把对方看得太重

当我们爱上一个不爱我们的人时,常常会为此而深深苦恼,我们会反反复复的去想“他喜欢我吗?”当然他并不知道。暗恋是一件特别奇怪的事,尤其是到最后都没有结果的暗恋,有时候它对于我们就是个一辈子都走不出的框框。也许他不在乎我,也许他在乎我,我不知道他是怎么想的,但是我知道我把他看得很重,他没有困住我的能力,我只是被自己困住。

第五句
冷漠 有时候并不是无情 只是一种避免被伤害的工具 这也是被伤害的后遗症,有点类似于第二句。难道说巨蟹的特别容易被伤害,还是说被伤害后巨蟹特别容易变得冷漠?不知道。反正很多人就是会在被伤害后改变,不多说了,大家心知肚明啦。

第六句
如果我们之间有1000步的距离 你只要跨出第1步

我就会朝你的方向走其余的999步

我是个很被动的人不管是与人接触还是相处,都不愿意先去做些什么,可能是怕被拒绝,所以总是希望对方先抛来橄榄枝,这样我就知道自己不会被拒绝,才能比较放心去接触。就算是和熟人也是这样,吵架了,我总是在等对方先跟我说些什么,哪怕不是道歉也没关系,只要让我知道你不再为这件事生气了,给我个台阶下,我就不会再死撑。这就是我,害怕被拒绝,无声的希望对方先迈出第一步。

第七句
为你的难过而快乐的 是敌人
为你的快乐而快乐的 是朋友
为你的难过而难过的 就是那些 该放进心里的人

为我难过而快乐的是敌人,为我快乐而快乐的是朋友,为我难过而难过的是我一辈子会放在心里的人。

随着《小敏家》的热播,网上都在问李萍,还缺不缺女儿?由秦海璐饰演的李萍霸气十足,标志性的波浪、红唇,一出场就能感受到强大的气场。女儿佳佳不想去上课,她反手就给了个全球限量版玩具熊。从上学、到送礼物,再到女儿的生日趴,阔气的出手实在是给人羡慕住了。不过,秦海璐强大的气场,不光是在戏里,在生活中也是表现得淋漓尽致,毫不夸张,这次的李萍,她根本就是本色出演!
秦海璐生在艺术世家,耳濡目染下,便也选择了这条路。1996年,秦海璐考入中戏,跟章子怡、梅婷等后来的大明星成了同学,可在那堆美女里,秦海璐的长相并不出众,甚至还有些普通。
刚上大学,周边的同学就去拍了戏,秦海璐看着大家一个接一个的进剧组,心里很是着急,可左等右等就是没人来找自己。秦海璐性子急,终于有一天她坐不住去剧组试戏,可出去跑了一圈,都因为长相被刷了下来。没办法,她退而求其次,跑去了演话剧。
一直等到毕业,她才等来自己的第一部戏《榴莲飘飘》。说来奇怪,别的导演找演员要的都是那种漂亮又惊艳的,可陈果偏偏要想不出众的,所以当秦海璐来试戏时,第一眼就看上了她。在拍之前,秦海璐应该做梦都没想到,自己会因为“小芬”这一角色火遍全国,甚至还能提名威尼斯最佳女主角等多个奖项。
秦海璐出道起点很高,第一次合作的就是著名导演陈果,这部戏拍完后,秦海璐直接进到了刘德华的公司,之后,出演了很多电影。特别是《钢的琴》,可以说是她的封神之作,一个小人物的放荡与现实,被秦海璐演的出神入化,因为这部戏,刘德华直接把她提拔成制片人。
《假如生活欺骗了你》中痴情的程真真,《白鹿原》里贤惠温柔的仙草,秦海璐独特的气质与精湛的演技收获了一大批粉丝,《小敏家》没播以前,她也出演了今年刚上映的《悬崖之上》。
多年的演技,秦海璐对每个角色都能深入的理解,以至于在拍45秒的无声哭戏时,她一次性就过了,那种想哭又不能哭的感觉,连张艺谋都当场夸赞她是个好演员。
秦海璐出演过很多角色,从最初一个被人嫌弃的“丑”女,到现在一个有实力有演技的女演员,她终于证明了自己。然而,秦海璐之所以这么受人追捧,不光是她演技在线,还跟她耿直的性格有关。
前几年,某冰冰为了出风头,在出席红毯时穿了件龙袍,到场的明星虽然嘴上不敢说,可心里都跟明镜儿一样,结果,秦海璐像个勇士一样,当场说出了所有人不敢说的话。秦海璐说话一针见血,早年在某个做饭节目上,何洁的手不小心划破了,在场的嘉宾都急忙跑去过关心,可秦海璐过去看了一眼觉得也没什么事,就接着做起了活。可旁边有个小姑娘,拿出创可贴就要往何洁的手上贴,璐姐看不下去,直接就说“连血都没有贴什么?”
当被人问道,怎么看到不背台词的演员,她毫不犹豫就说了句:“如果让我看见,绝对会抽上去”。可以说,整个娱乐圈,就没有秦海璐不敢惹得人,在跟老公参加《妻子的浪漫旅行5》时,这个姐就贡献过五十个出圈操作,但最让大家过瘾的,就是怼张馨月那回。
这个节目原本就是来旅游放松心情的,可到了张馨月这里,她不是哭,就是觉得自己委屈,经常说自己如何拖累老公,被网友怎么嫌弃,老公帮她反被黑,她又一副心疼的样子,总之,张馨月的迷之操作网友们很难看懂。
每次她说这些,刘涛、蒋勤勤等人还会帮着去开导,安慰几句,可到了秦海璐这,干脆就急眼了:“给你出头,你觉得委屈,不让人家去,可转过来,你又自己嘤嘤嘤”。其他人不想说,这姐可是憋不住,几句话说来说去,意思就是让张馨月别太矫情。
秦海璐是圈子里有名的口直心快,在圈里这么多年,不小心中伤了很多人。可就算这样,还是有人请她上真人秀,就比如在创造营,陈卓璇刚说了句:“我站得难道不够高?”,这姐就跟了句:“高不高无所谓,看得远不远才重要”。尽管没有点名说谁,可当时没有一个人不知道,后来这姐在媒体面前,被提问这句话是不是在说陈卓璇,秦海璐脸不红心不跳,说了句:“还需要内涵吗?我向来就是明怼啊”。
璐姐霸气十足,以至于很多同行看见,都会敬她三分。不过,人前霸气的她,在家里可是小鸟依人,这巨大的反差经常让人不敢相信。秦海璐的丈夫是王新军,在与他结婚以前,璐姐还有过两段感情。
演《榴莲飘飘》火了之后,她认识了帅气多金的李厚霖,第一次见面就把秦海璐深深吸引了,很快两人确定关系,一爱就是四年。可最后这段感情没能继续,传闻是李湘的介入,让两人选择了分手。
分手后,秦海璐很长时间都走不出来,直到刘岩的出现,她才慢慢走出了情伤,可最后两人因为一些原因,也结束了长达8年的感情。感情的两次失败,让秦海璐新伤旧伤一并复发,那段时间,是她最灰暗的日子。
但幸运的是,2012年,她遇到了真心爱自己的男人。秦海璐和王新军是因戏结缘,独立且洒脱的性格,让王新军一见钟情。在他的猛烈追求下,秦海璐终于被打动,两人恋爱了两年,于2014年踏入了婚姻殿堂。
婚前,她是高冷霸气的冰冷女王,结婚后,她成了个依赖丈夫的小女人。在《妻子》的节目里,秦海璐一改往常的御姐风,跟老公全程都在秀恩爱,毋庸置疑,她这次是真的找到真爱了。
从踏入这个行业至今,秦海璐扮演过70多个角色,不仅是圈子里的高产演员,作品质量也都堪称精品,虽然现在的她已经步入中年,可丝毫不耽误她为大家带来更多的精品!期待璐姐的精彩表现,也祝她未来的道路顺风顺水!


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