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  • 1 # 閒時亂翻書

    先說結論吧,不矛盾。

    這個問題得三部分說,第一說熱力學第二定律,第二說進化論,第三把兩者比較來說。

    熱力學第二定律時人類科學史上一個傳奇,表述簡單,影響深遠,其實熱力學定律都是這樣,第一定律就引出了能的轉化和守恆定律,這裡就不多說了,主要說第二定律,第二定律的表述很簡單,就是熱不可能自發地從低溫物體傳向高溫物體,這就是一個常識啊,幾乎人人都能看得懂,當然民科大神也看得懂,所以各位民科大神就處心積慮地打算推翻熱力學第二定律,建造永動機,這些大神們還是值得尊重的,其中有一位就是淮海戰役中的黃維,為了阻止這些大神,後來熱力學第二定律又加了一種表述方式,就是第二類永動機不可能建成。

    這是其表述簡單,下面說其影響深遠。

    到現在為止,熱力學第二定律還是一個日常經驗的總結,要想看它的影響還得熵的概念提出後。

    熵由克勞修斯提出,即一個系統不受外部干擾時往內部最穩定狀態發展的特性。並且提出了熵的變化公式:ΔS=Q/T,其中Q為熱能,T為溫度,以絕對溫標表示,S即為熵,漢字中的熵由胡剛復教授創造,意為熱除以溫度的商,恰合克勞修斯公式的原意,從公式可以看出,因為Q、T均為正值(在絕對溫標下,T只能為正值),所以熵不可能為負值,這就是熱力學第二定律的數學表示式,不過,克勞修斯的公式只涉及到了熵的增減,而沒有完全闡述其物理意義。而對熵做了最深入研究的,從而使其超出熱力學範疇成為一個跨領域的基本概念的就是路德維希.玻爾茲曼。

    路德維希.玻爾茲曼,奧地利物理學家,於1877年運用統計力學的方法提出了玻爾茲曼熵公式,即S∝lgW,W為宏觀狀態下包含微觀狀態數量,1900年,普朗克為公式增加了一個常數k,為了紀念偉大的前輩,普朗克將常數命名為玻爾茲曼常數,於是公式變為S=klgW。玻爾茲曼常數等於理想氣體常數除以阿伏伽德羅常數,即R=kNA,其物理意義是單個氣體分子的平均動能隨熱力學溫度變化的係數,即Ek=(3/2)kT,Ek為分子的平均動能,T為絕對溫度。由於觀測手段的限制,我們無法測量微觀單個分子的動能,但是我們可以測量宏觀系統的溫度,透過玻爾茲曼常數,我們就可以透過測量宏觀物理量來計算微觀物理量,這實在是一個偉大的創舉。

    現在問題就出來了,現在一般情況下玻爾茲曼熵公式表述為S=KlnΩ,其中Ω是宏觀狀態下包含微觀狀態的數量,只有完美晶體且絕對溫度等於零的情況其值才能等於1,這兩個條件太難達到了,只有宇宙大爆炸的奇點才接近這個條件,所以S也只能是≥0的正值。

    初始值為正,只能增大不能減少,這是什麼啊,這就是時間,之前我們能感受到時間,“子在川上曰:逝者如斯夫”,這是孔子對時間的感悟,我們平時也會感到時間的流逝,但是這只是一種心理時間,第一次定義時間的就是熱力學第二定律。

    熱力學第二定律的詮釋引起了一場軒然大波,在宇宙學上,如果把宇宙看做一個孤立系統,那麼宇宙的熵只能增加,不能減少,最後宇宙達到熱平衡,已經沒有能量來維持生命和物質運動,那麼宇宙就是死水一潭,是不是很熟悉,這就是“死神永生”,當然那時候電工劉還沒有出生,這也就不叫“死神永生”,而叫熱寂說,一直覺得,玻爾茲曼就是人類最初的面壁者,而且他還真的自殺了,當然他不是看到了黑暗宇宙的真相自殺,而是手握真理而不被人理解。

    在社會學上呢,引起的爭論一點也不比宇宙學少,如果把人類社會看做一個孤立系統,那麼人類社會只會越來越壞,最後走向滅亡,這可怎麼辦呢?

    我知道聰明的你一定已經注意到了,前面說的所有熱力學系統都有一個前提,那就是孤立系統,如果不是孤立系統,那麼熱力學第二定律的適用條件就不存在了,其結論當然也就不成立了,其實宇宙和人類社會都不是孤立系統,等一下我們再詳細說,咱們先回顧一下進化論。

    進化論更是一個傳奇。

    傳奇到人人都知道這個理論正確,然而人人都希望找到證據推翻這個理論,可最後的結果卻是各種證據都證明了進化論正確。

    在達爾文進化論之前,流行的學說是拉馬克的用進廢退學說,可以理解為只要生物想發展成什麼樣,透過自身的努力就可以發展成什麼樣,這個學說特別具有正能量,只要努力就能達到目的,馬不想被獅子吃掉,所以就跑得越來越快,看起來還真是那麼回事,不過這個學說有一個缺點,就是父輩透過努力得到的能力如何遺傳給下一代呢?如果這個學說正確的話,那麼豈不是老子英雄兒好漢了,而且沒有證據證明這種能力可以遺傳。

    達爾文大學畢業後,乘“小獵犬號”巡洋艦環遊世界,這次科學考察開闊了視野,心中有了進化論的想法,不過他非常謹慎,並沒有公佈自己的想法,直到華萊士的出現,華萊士是一個天才的博物學家,獨立提出了自己的進化論,偉大的達爾文可是環遊世界後才有了進化論的想法,而華萊士一個宅男也居然提出了自己的進化論,看來宅男拯救世界啊,而且華萊士還謙虛地把論文寄給了達爾文以求指教。

    這個時候大家想起了誰?是不是想起了胡克,想起了牛頓,想起了萊布尼茨,想起了戴維和法拉第,對,科學家可以視富貴如浮雲,可是對於科學發現權卻很少有人謙讓的,而且經常打的不可開交,可以說科學史就是撕逼史。

    不過這次大家猜錯了,還記得前面所說的普朗克和玻爾茲曼嗎?普朗克計算出了熵公式的常數,並沒有命名為普朗克常數,而是尊敬地送給了玻爾茲曼,叫做玻爾茲曼常數。

    而達爾文同樣偉大,立即陷入了苦惱之中,發表華萊士的論文吧,自己多年的心血就付之東流了,發表自己論文吧,太對不起華萊士,達爾文輾轉反側,夜不能寐,甚至一度產生了發表華萊士論文的想法。

    華萊士

    最後達爾文把華萊士論文和自己的論稿一起提交給了專業委員會,所以自然選擇學說又被稱為達爾文——華萊士進化論,今天之所以只稱達爾文一方面是我們確實有點懶,能少說兩個字就少說兩個字,另一方面是達爾文的貢獻比較大,畢竟達爾文有論據啊。

    不過為了理論的完美,達爾文編造了很多論據,例如始祖鳥化石,在《物種起源》出版的時候並沒有始祖鳥化石發現,可幸運的是《物種起源》出版後,始祖鳥化石居然被發現了,達爾文長舒了一口氣。

    還有人類進化史缺環,到現在為止,人類的進化史並沒有補全,有一種說法是人類曾進入海中,海豚可能就是人類的近親,怪不得海豚那麼聰明,遠遠超過猴子。

    不過,進化論只是一種理論,本來就應該由人們補全,就象引力波一樣,也是證明了愛因斯坦的假想。

    達爾文進化論的主要貢獻是生物是多樣性的,生物的進化史隨機的,是沒有方向的,只是更適應環境。

    現在熱力學第二定律和達爾文進化論都說完了,可以說一下兩者的聯絡了。

    我想修改一下題主的問題,生命的出現和熱力學第二定律是不是矛盾?這樣更完美一些。

    因為達爾文進化論和熱力學第二定律沒有什麼矛盾。

    還記得剛才我們留下的問題嗎?熱力學第二定律要求的是一個孤立的系統,而生物圈從來就不是一個孤立的系統,植物從太陽吸收能量,降低自己的熵,成為低熵體,動物吃掉低熵體來降低自己的熵,所以動物長大。

    人類社會也不是一個孤立的熱力學系統,而是一個自適應系統,所以我們人類社會還是有希望的,宇宙也不是一個孤立系統,因為有宇宙膨脹啊,所以說熱力學沒錯,進化論也沒有錯,但是孤立的熱力學系統會怎麼樣呢?當然是熱平衡,死寂。

    麥克斯韋為了破解熱力學第二定律,派出了麥克斯韋妖,下面有請麥克斯韋妖出場。在另一篇回答《物理學四大神獸掐架誰會贏》中曾說過麥克斯韋妖,現在在簡單說一句,麥克斯韋妖並沒有處於一個完全獨立的熱力學系統,對於分子速度的判斷就需要能量,所以說這個系統也有能量輸入,所以最後才出現了熵減。

    無論如何,生命都是一個低熵體,在一直熵增的宇宙中是如何產生生命的呢?這叫做“洛施密特悖論”。

    洛施密特指出如果對符合具有時間反演性的動力學規律的微觀粒子進行反演,那麼系統將產生熵減的結果,這是明顯有悖於熵增原理的。針對這一悖論,玻爾茲曼提出:熵增過程確實並非一個單調過程,但對於一個宏觀系統,熵增出現要比熵減出現的機率要大得多;即使達到熱平衡,熵也會圍繞著其最大值出現一定的漲落,且幅度越大的漲落出現機率越小。

    簡單來說,就是會出現極其偶然的機率出現熵減的情況,這種情況就出現了低熵體——生命,所以說生命就是一個奇蹟,所以要歌頌生命的偉大。

  • 2 # 郭成3點14159

    這個問題可以簡化為“生命現象違背熱力學第二定律嗎”?答案是否定的,即生命現象違背熱力學第二定律。

    熱力學第二定律的意思是,熱量(能量)只能由高溫處流向低溫處,如果反過來,則一定會引起其它外界變化,即,不存在不引起其它變化的熱量(能量)由低溫處流向高溫處的情況。可以用《道德經》裡的一句話來表達,即“天之道,損有餘而補不足”。但是,《道德經》還有另一句話,“人之道則不然,損不足以奉有餘”!這後一句,恰恰表達出來生命本質性的奧秘,這個奧秘,就是幾十年前歐洲科學家普利高津所揭示的,所謂的生命體的耗散結構。普利高津的理論說明,生命的存在是有條件的,這個條件就是,能量的輸入,保持生命體內在的執行秩序,使生命體得以維持熵的最小化從而保持一種平衡狀態。

    進化,是生命生存和發展的必然屬性,所以說,進化論就是熱力學第二定律的反叛,是違背該定律的典型案例。

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