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从来只有熵来得毫不费力

MorningRocks  · 公众号  ·  · 2024-12-22 14:15

正文

热爱未知,比如宇宙和清晨



似乎地球上的一切都在阳光的沐浴下生长,可你知道 地球(和居住者们)从阳光中获取了多少能量吗?


答案是:无。


这似乎让人摸不着头脑。但事实上,地球确实将自己捕获的所有太阳能都辐射回外太空了;若非如此,地球会越变越热,直到整个地表都变成熔浆。


奇怪,如果不是太阳能一直哺育着地球生灵,支撑起人类文明的科技发展,那又是什么呢?答案是: 可利用太阳能。 这两者截然不同。


一切奥秘都藏在太阳能如何被地球利用和释放的过程中,然后你会理解, 为何在我们的一生之中,只有熵来得毫不费力。



和普遍的印象正相反,地球(和居住者)并不从太阳获得能量。地球所进行的只不过是取来低熵形式的能量,然后以高熵的形式全部把它吐回到太空去——如果我们要为此去完整地聊聊背后的原理, 热力学 ,那恐怕太枯燥了。


我们就先聊聊光的微粒,光子,也是太阳光的能量携带者。我们前两期聊到过, 我们今天认识的每一缕阳光都已经 3 万多岁了。


今天说说光子的能量。从太阳出发时,它的能量和太阳表层温度一样约为 5500℃,元气满满,然而当光子被地球辐射回太空的时候,能量就降低到平均地球表层温度 20℃ 左右了——就在这个过程中,光子们的能量四处转化,有的参与到植物的光合作用,有的投身人类科技世界,有的驱动风暴…… 每个光子就像一座小小的蒸汽机 ,直到将自身效能使用殆尽,然后变得毫无用处,被辐射回到外太空。


热力学中的「熵」概念,正是描述了这一过程。 熵代表着能量的「无序度」, 光子在地球上做完工作后,能量的秩序被打破,变成了不可再利用的废热。


简单来说,太阳光并没有永久停留在地球,而是通过一系列转化,最终被扔回太空。


« 左右滑动 »


我常常跟朋友叨念这一句话,没有任何容易的事情,从来, 「只有熵来得毫不费力。」


混乱、复杂、衰老、原因和结果——所有这些都能追溯到 热力学第二定律 (「在孤立系统中,熵总是随着时间的推移而增加」),特别是熵在过去曾经更低的事实。


而其中牵扯出来的,最让我着迷的话题一直都是——在这样一个以熵增为主导的世界中, 生命是如何诞生的呢? 如果有的话, 宇宙赋予生命的目的又是什么呢? 我们今天怎么就会身处在一个如此特别、不大可能、令人惊叹的熵低于最大值的状态:一个宇宙里满是有序的结构,从满天星星直到人类与蝴蝶。


生命离不开负熵。环境中的有序度以某种方式转化为生命系统中的有序度。

-

《生命是什么》薛定谔


我们无时无刻不在连续对抗着热力学第二定律,必须使自身的熵降低才能存活。








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