熵:给宇宙带来混乱的无形力量

热力学对各种科学学科都很重要，从工程学到自然科学，再到化学、物理学，甚至经济学。热力学系统是一个密闭的空间，它不让能量进出。

热力学第一定律与能量守恒有关——你可能还记得以前听说过，在一个封闭系统中，能量保持恒定(“能量既不能产生也不能消失”)，除非外界对它进行了篡改。18新利最新登入然而，能量的形式不断变化——一场火可以把化学能从植物变成热还有电磁能。电池把化学能转化为电能。世界在转动，能量变得不那么有组织。

“热力学第二定律被称为熵定律，”马科·波波维奇(Marko Popovic)是美国科学院生物热力学研究所的博士后研究员生命科学学院慕尼黑工业大学的教授在一封电子邮件中告诉我们。“这是自然界最重要的法则之一。”

熵是衡量封闭系统无序程度的指标。根据第二定律，系统中的熵几乎总是随着时间的推移而增加——你可以做功来在系统中创造秩序，但即使是用于重新排序的功也会作为副产品增加无序性——通常以热量的形式。因为熵的测量是基于概率的，当然，可能的系统的熵偶尔会减少，但这在统计学上是不太可能的。

要找到一个不让能量流出或流入的系统比你想象的要困难得多——我们的宇宙就是一个很好的例子——但熵描述了在一个大到宇宙或小到装满咖啡的保温杯的系统中无序是如何发生的。18新利最新登入

18新利最新登入然而，熵与你把一群黑猩猩锁在厨房里所想到的紊乱类型无关。这与18新利最新登入有多少种可能的排列那个厨房能弄得多乱，而不是怎么弄18新利最新登入大混乱是可能的。当然，熵取决于很多因素:有多少只黑猩猩，厨房里有多少东西，厨房有多大。18新利最新登入所以，如果你要看两个厨房——一个非常大，堆满了东西，但非常干净，另一个小一些，里面的东西更少，但已经被黑猩猩搞得一团糟——人们很容易说，更乱的房间有更多的熵，但事实未必如此。熵更关心的是18新利最新登入可能有多少种不同的状态而不是此刻18新利最新登入的混乱;因此，如果一个系统中有更多的分子和原子，如果它更大，熵就会更大。如果有更多的黑猩猩。

熵可能是真正理解它的人最少的最真实的科学概念。熵的概念可能会让人很困惑，部分原因是实际上不同类型．匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼对此情况感到遗憾:“在讨论中使用‘熵’这个词的人总是赢家，因为没有人知道熵到底是什么，所以在辩论中总是有一个人占上风。”

“定义熵有点难，”波波维奇说。也许它最好被定义为一种非负的热力学性质，它代表了系统中不能转化为有用功的部分能量。因此，向系统添加任何能量都意味着一部分能量将转化为熵，从而增加系统的无序性。因此，熵是衡量系统无序程度的指标。”

但如果你感到困惑，也不要感到难过:定义可能会根据当时使用它的学科而变化:

在19世纪中期，一位德国物理学家名叫鲁道夫·克劳修斯他是热力学概念的奠基人之一，当时他正在研究有关蒸汽机效率的问题，并发明了熵的概念，以帮助测量不能转化为有用功的无用能量。几十年后，路德维希玻耳兹曼(熵的另一位“创始人”)用这个概念来解释大量原子的行为:尽管不可能描述一杯水中每个粒子的行为，但仍然可以用熵的公式来预测它们在加热时的集体行为。

20世纪60年代，美国物理学家E.T.我们波波维奇说:“我们将熵解释为我们错过的信息，以指定18luck手机登录系统中所有粒子的运动。”例如，一摩尔气体由6 × 10组成²³粒子。因此，对我们来说，描述每个粒子的运动是不可能的，所以我们做了次好的事情，不是通过每个粒子的运动来定义气体，而是通过所有粒子的属性组合来定义气体:温度，压力，总能量。我们这样18luck手机登录做时丢失的信息被称为熵。”

如果没有熵，“宇宙热死”这个可怕的概念就不可能出现。因为我们的宇宙很可能从一个奇点开始——一个无限小的有序能量点——膨胀起来，并一直在膨胀，熵在我们的宇宙中不断增长，因为这里有更多的空间，因此有更多的潜在无序状态可供原子采用。科学家们假设，在你我离开之后很长一段时间，宇宙最终会达到一个最大的无序点，在这个点上，所有的东西都将是相同的温度，不会发现任何有序的空间(比如恒星和黑猩猩)。

如果它发生了，我们要感谢熵。