2021年5月6日

熱力學第二定律-熵-要維持秩序是很困難的

熱力學對我來說是新東西,以前都以為它很艱澀難懂,沒想到在老師的教
學下居然是如此的親近!用小時候耳熟能詳的哆啦A夢和神奇寶貝(今稱精靈寶
可夢)來說明熱力學第一定律真是太有趣了!

首先最讓我感到疑惑的是,熱力學第二定律在20世紀前的內容和今日的內
容既然差距這麼大,怎麼都還是稱作熱力學第二定律呢?

詢問過老師後,才了解這是定義的擴張,從前不知道能量轉換無法
100%,必定損耗的原因就是和熵有關,後來知道了,而且熵的概念還可以應用
在更多方面,不僅是能量轉換,所以就把熱力學第二定律的定義擴大了

不過這次上課讓我最為驚訝的是熵這件事,我以前好像就有看過這個詞,
但不知道它是什麼意思(我社會組所以當然不知道),因為是火字旁,我就猜
可能跟熱有關係。最後事實證明它確實也是跟熱有關(能量轉換必會產生的廢
熱),但它的內涵不止於此,它代表的是亂度,而亂度就是自發地朝越來越亂
的方向演化,因為要符合所謂「秩序」的機率低得多,相對地就比較容易發生
「混亂」了。這裡老師也用簡單的例子告訴我們,像是隨便亂丟衣服、小孩保
持安靜,都是「秩序」比較難發生。所以這一切都印證著,要維持秩序是很困
難的一件事。

更可怕的還在後頭,之前我看過的影片《人類消失後的世界》,人類消失
後,大自然一步步地將人類的建築、汽車、道路等破碎、分解,最終回復到綠
意盎然的草原、森林或沼澤,為何人類所造的一切終將被抹去,今天得到了解
答,因為人類創造的這些都是低亂度(有秩序)的物品,所以人類也很費心的
維持,這就說明為什麼房子需要保養,車子需要維修,道路需要重鋪柏油,因
為要是放著不管,它們會漸漸變的不是人類所要的樣子,即「混亂」。事實上
,從古至今所有的玻璃杯都是走向破掉的命運,只是時間早晚罷了;小時候最
常聽到的覆水難收,也是用這道理解釋,灑到地上的水,要是不刻意把它重新
蒐集起來,它不可能再回到原本裝在桶子裡的樣子了(而且如果桶子裝水放很
久,桶子破掉水還是會流出來,代表刻意把水裝在桶子是低熵狀態)。一切注
定是往越來越混亂的方向發展,除非我們消耗能量去阻止這一切,然而只要一
鬆手,一切就又會往越來越混亂的方向發展,最終都是會走向高熵態。

知道這件事情讓我很震驚,這讓我有一種很無奈的感覺,因為我們不管做
了多少努力,一切都還是往失序的方向走,但,這就是物理,而且還不是刻意
為之的,就僅僅是自然而然就會變成這個樣子了,更令我詫異不已,這應該是
目前上這門課最令我吃驚的事了。

老師給我們看的這部影片 https://www.youtube.com/watch?v=p_W3ZbsI3fo 真的會世界觀大變

 (註:本文是我大學從日常到科幻的有趣物理學的作業)
原(作)文(業)撰寫日期:2020年4月27日

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