熵增是最绝望的定律（熵增是最绝望的定律）

本文目录

• 熵增是最绝望的定律
• 熵增定律是怎样的，它为何是最让人绝望的物理定律
• 熵增理论是什么为什么说这是宇宙中最令人绝望的规律
• 为什么说“熵增定律”是让全宇宙都绝望的定律
• 最令人绝望物理定律“熵增原理”：生命以负熵为食，最终走向消亡
• 熵增定律：为什么会被称为令人绝望的物理定律
• 为什么熵增原理被认为是让人绝望的物理定律
• 熵增定律为什么令人绝望
• 为啥熵增定律会被称为让人绝望的物理定律

熵增是最绝望的定律

最令人绝望物理定律“熵增原理”：生命以负熵为食，最终走向消亡，13世纪，一位叫亨内考的人提出了这样的一个疑问：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。

右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个轮子名叫“亨内考魔轮”，它让科学家做起了“永动机”的梦，科学家们幻想。

一旦永动机诞生，人类将产生源源不断的能源，所以，有很多的科学家一直试图复刻“亨内考魔轮”，却都惨遭失败，然而无数的失败却没有打消科学家们的热情，反而对永动机的探索愈加狂热。后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇也造了一个类似的装置。

他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中。

右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。

尽管如此，科学家们一直没有放弃这个梦想，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。1847年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》。

他提出一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释，这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形。1850年，克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文。

他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况，有一个和产生功成正比的热量被消耗掉，反之，通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热。”加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下，就把任意多的热量从一个冷体移到热体，这与热素的行为相矛盾”来论证。把热看成是一种状态量。

由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式：dQ=dU-dW，从1854年起，克劳修斯作了大量工作，努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。经过重重努力，1860年，能量守恒原理也就是热力学第一定律开始被人们普遍承认。

能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。热力学第一定律宣告了永动机的破产，因为永动机违反了能量和质量的守恒定律，在任何的永动机设计中。

我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好相互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。热力学第一定律也促成了蒸汽机的诞生，直接导致了第一次工业革命的诞生。

人类由此迈入了蒸汽时代，机械化生产时代开始到来。而能量守恒定律的提出还是没有打消科学家们的梦，他们梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。

由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。简单来说，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，所以他们试图从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头。

从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机这也被称为第二类永动机。科学家认为只要做到了只有单一的热源，它从这个单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化，第二类永动机就能够成功。

在这个时候，随着科学的发展，牛顿经典力学的一些局限性也暴露了出来，比如牛顿经典力学认为力学过程是可逆的，可逆性是指时间反演，即过程按相反的顺序进行。在经典力学的运动方程中，把时间参量 t换成-t，就意味着过程按相反的顺序历经原来的一切状态，最后回到初始状态。

而1850年克劳修斯在论文中提出了一条基本定律：“没有某种动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温。“这个定律被称为热力学第二定律。而热力学第二定律则与力学过程的可逆性相矛盾。

所以克劳修斯在1854年的随笔《关于热的力学理论的第二基础定理的一个修正形式》提出了新的物理量来解释这种现象，,1865年正式命名为熵,以符号S表示。克劳修斯从热机的效率出发，认识到正转变（功转变成热量）可以自发进行。

而负转变（热量转变成功）作为正转变的逆过程却不能自发进行。负转变的发生需要同时有一个正转变伴随发生，并且正转变的能量要大于负转变，这实际是意味着自然界中的正转变是无法复原的。由此克劳修斯提出了热力学第二定律的又一个表述方式，也被称为熵增原理。

那就是：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。简而言之就是孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加，可以说非常鲜明地指出了不可逆过程的进行方向。

熵增原理是热力学第二定律的另外一种表述形式，却又拥有更加深刻的含义，它创造了“熵”这个概念。这个概念在后来被广泛应用，香农把熵的概念，引申到信道通信的过程中，从而开创了”信息论“这门学科，从而宣告了信息时代的到来。

熵增原理表明，在绝热条件下，只可能发生dS≥0 的过程，其中dS = 0 表示可逆过程；dS》0表示不可逆过程,dS《0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此，在绝热条件下，一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大，直到达到平衡态。

绝热过程是一个绝热体系的变化过程，即体系与环境之间无热量交换的过程。在绝热过程中，Q = 0 ，有ΔS（绝热）≥ 0（大于时候不可逆，等于时候可逆） 或 dS（绝热）≥0 (》0不可逆；=0可逆)熵增原理最大的意义就是从能量品质的角度规定了能量转换过程中的方向、条件和限度问题。

熵增原理的出现表示经典力学的可逆性并不适用于所有情况，它只在有普遍的力学原理做保证的情况下才准确，热运动就是一个不可逆的过程。同时也彻底宣告了永动力的灭亡。因为从海水吸收热量做功，就是从单一热源吸取热量使之完全变成有用功并且不产生其他影响是无法实现的。

而薛定谔就则指出，熵增过程也必然体现在生命体系当中。也就是说，生命体系中的熵也应该是不断增大的，也只能是从有序向无序发展。但是从某种角度上而言，生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力，即具有熵减的能力，最典型的表现就是进食行为。

我们从食物中汲取了“负熵”来维持生命的有序，即“新陈代谢的实质就是及时全部消除有机体无时无刻不产生的全部负熵”。这里的有序和无序是描述宏观态的。因此，机体是在新陈代谢过程中成功地从周围环境中不断地吸收负熵。

向周围环境释放其生命活动不得不产生的全部正的熵维持生存和进化的。总之，生命体是开放的不可逆的非热力学平衡体系。平衡态是无序的，而非平衡态则是有序的根源，这是与热力学第二定律一致的，也是符合熵增原理的。薛定谔生动地用“生命赖负熵为生”这一句名言概括。

虽然如此，生命的减熵行为却起不到任何效果，毕竟在浩瀚无垠的宇宙当中，人类等生命简直是渺小到可以忽略不计。熵增的必然性和不可逆性，注定了生命只能从有序发展为无序，并最终走向老化、死亡。所以熵增原理也被很多人称为：最令人绝望的物理定律。

熵增原理适用于很多领域，包括与达尔文的进化论是否矛盾等。而科学家对于熵增原理最大的争论是宇宙是否是一个封闭系统，因为熵增作用发挥作用的条件必须是在孤立系统系统中，然后达到平衡熵最大。孤立系统是在热力学之中。

与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系统。任何能量或质量都不能进入或者离开一个孤立系统，只能在系统内移动。而地球就是一个开放系统，熵增原理可以适用于生命，自然也能适用于地球。

所以地球上的生物通过从环境摄取低熵物质（有序高分子）向环境释放高熵物质（无序小分子）来维持自身处于低熵有序状态。而地球整体的负熵流来自于植物吸收太阳的光流（负熵流）产生低熵物质。使得地球上会出现生物这种有序化的结构。

不至于使熵一直处于增大的状态，所以科学家就思考，宇宙是否是一个孤立系统，因为宇宙是不存在“外界”的，我们不断在消耗着能量，且不可逆，熵不断在增加正在走向它的最大值，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡。

这种情景称为“热寂”，这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在。而这引来部分科学家的反对，他们宣称熵增原理只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙。

由于涉及到宇宙未来、人类命运等重大问题，因而它所波及和影响的范围已经远远超出了科学界和哲学界，成了近代史上一桩最令人懊恼的疑案。但不管怎么样，熵增原理作为热力学四大定律之一，指导着热力学的研究，在物理学中发挥着重大的作用。

熵增定律是怎样的，它为何是最让人绝望的物理定律

熵增定律能使宇宙的能量和热量达到越来越高，直到不能进行交换能量，宇宙的能量和热量开始从有序到无序的变化，当宇宙达到热力平衡，时间就没有任何的意义。

从物理的角度来讲，我们可以将熵看成一个衡量系统能量混乱度的物理的量。熵底的系统，有序程度高，熵高的系统就比较混乱。从能量的角度可以理解为，能量在转换的过程中无法实现100％的利用，总有部分能量被消耗掉，变成混乱无序的热能。这部分能量导致了熵增，熵增定律在很多自然现象中都可以提现出来。因为这是自然界自然的发展方向，就是从有序到无序的转变。

1

熵增定律在物理分子上也有很直观的解释，就是由于分子间存在碰撞等能量的交换，所有的分子都会有变层，无规则混乱无章相对运动最低的趋势，不会出现局部分子速度跟周边分子速度存在巨大差异的情况。在宏观上表现为物质的能量，都有向热能转化的趋势，就像是高温向低温转化一样，因为温度便是分子无序运动这就是物理特性。

2

S＝K.log W这个就是玻尔兹曼输运方程，关于此方程描述的系统，一个经典的例子是空间中一具有温度梯度的流体。构成此流体的微粒通过随机而具有偏向性的流动使得热量从较热的区域流向较冷的区域。另外的一个就是我们要还要理解熵的概念。

3

有序和无序只是便于理解，实际上无序是大概率的意思，有序是小概率。事物总是往大概率方向发展，就是增熵。

 熵增定律也是一个让人绝望的定律，如果把整个宇宙想象成一个孤立的系统，那么宇宙的熵就会越来越多，直到宇宙不再进行能量的交换，如果没有能量的交换宇宙就会停止运行。这就是“热寂说”。熵达到最大值，不再增加，全宇宙达到热力学平衡，处处均匀，时间就会失去意义。

总的来说，熵在宇宙中越来越多就会使宇宙没有能量，会停止运行，它也会使宇宙从有序的转变成无序的，让宇宙达到热力学平衡，进而时间在宇宙中就没有意义了。

熵增理论是什么为什么说这是宇宙中最令人绝望的规律

熵增原理就是孤立热力学系统的不减少，总是增大或者不变。说明一个孤立系统不可能朝低熵的态发展，不会变得有序。简单地说，一个封闭的系统环境中，无论它现在多么有序、良性地发展，若不与外界交换能量、信息，它一定会自发地向无序的状态变化。

熵增，在人生观上的启示是：越发力，越混乱。人活着就是在对抗熵增定律，生命以负熵为生。之所以说这是宇宙中最令人绝望的规律是因为它揭示了宇宙演化的终极规律，比如物质总是向着焗增演化，屋子不收拾会变乱，手机会越来越卡，耳机线会凌乱，热水会慢慢变凉，太阳会不断燃烧衰变……直到宇宙的尽头——热寂。从个体上说可以解释为:自律总是比懒散痛苦，放弃总是比坚持轻松，变坏总是比变好容易。这就是为什么只有少部分意志坚定的人能做到自我管理，大多数人都是作息不规律，饮食不规律，学习不规律。在群体上的表现有大公司的组织架构会变得臃肿，员工会变得官僚化，整体效率和创新能力下降；封闭的国家会被世界淘汰。 因为所有事物都在向着无规律，向着无序和混乱发展，如果你要变得自律，你就得逆着熵增做功，这个过程会非常痛苦。

每个人都有选择自己生活方式的权利，可以散漫也可以自律。所以，简而言之，就是人从出生那一刻开始就是在人间受苦的，因为顺从生理和心理喜好对人本身来说是简单的，但违背自己的原始需求是困难的，尤其对那些对自己的身材和生活标准有高要求和高标准的人来说，那更无时无刻不在克制身体与意志的双重煎熬。所以熵增理论可以说这是宇宙中最令人绝望的规律。

为什么说“熵增定律”是让全宇宙都绝望的定律

2019年混沌大课上，李善友教授分享了“熵增定律”，同时以华为为例，讲述了企业管理是如何通过“耗散结构”进行“反熵增”，从而活下去。 出于好奇，我查阅了一些资料，然后整理出了这篇文章，以汇总自己搜罗到的有效信息，也希望它能解答你的一些疑问。（内容如有不妥，欢迎指正，参考资料会附在文章最后。） —————————————————————————————————————————— 熵增定律，也叫“热力学第二定律”。这是德国人克劳修斯提出的理论，最初用于揭示事物总是向无序的方向的发展、以及“孤立系统下热量从高温物体流向低温不可逆”的热力学定律。 “熵”，就是事物的混乱/无序程度，在孤立系统下，熵是不断增加的，当熵达到最大值时，系统会出现严重混乱，最后走向死亡。 它很好地解释了：为什么一杯开水放着放着就凉了，为什么沙漠的沙丘全都惊人的相似，为什么水只能从高处往低处流，为什么落地的树叶不会再变成树。 熵增定律，一直被认为是令全宇宙都绝望的定律，它被解读为事物结构的必然衰退。在查阅资料的过程中，我发现了这条定律让人沮丧的几个主要原因： 1、宇宙不是永恒的，灭亡是最终归宿 大家都知道，喜马拉雅是地球第三极，是亚洲地区最重要的淡水资源地，是8亿人的淡水来源。 近来关于“本世纪末喜马拉雅山脉大部分冰川可能消失”的新闻让人心生惶恐：8亿人的生存即将面临危机。有相关数据显示：从1975年到2000年，喜马拉雅地区冰川厚度每年平均减少大约0.25米；而从2000年开始，冰川厚度每年平均减少大约半米，冰川融化速度明显加快。若趋势持续下去，到本世纪末，喜马拉雅山脉的大部分冰川将会消失。 气温升高是冰川加速融化的最重要原因，而我们人类还没有办法在不产生其它影响的情况下，为喜马拉雅造一个大型冰库，让其降温、冷冻冰川、锁住水源。熵增定律断绝了人类对于宇宙永恒的幻想，让人们认清了人类无法避免走向灭亡的命运。我们能做的，只能是呼吁低碳环保、减少尾气排放，以此抵抗熵增定律。 在熵增定律面前，人类能做的，微乎其微。 2、反熵增，只能让灭亡来得晚一点 薛定谔说：生命以负熵为食。也就是说，生命的维持和发展，是以造成环境的熵增加（亦即摄走负熵）为代价的。 我们的宇宙在经历这样一个过程：从低熵低复杂度，到高熵高复杂度。高熵就意味着高度无序、高度混乱，为了改变这种状态，我们也并非坐以待毙：“耗散结构”就能够打破熵增定律的封闭系统，与外界产生物质交换。 关于这一点，任正非有一段非常生动地比喻：“你每天去锻炼身体跑步，就是耗散结构。为什么呢？你身体的能量多了，把它耗散了，就变成肌肉了，就变成了坚强的血液循环了。能量消耗掉了，糖尿病也不会有了，肥胖病也不会有了，身体也苗条了，漂亮了。” 这就是“耗散结构”：想要拥有更好的身材、活得更为长久，我们就用“锻炼”反抗熵增；想要升职加薪、更高的社会地位，我们就用“深度学习”反抗熵增；想要更亲密的关系，我们就用“情话”“礼物”“金钱”来反抗熵增…... 企业也是如此，为了活下去，需要招聘优秀人才、需要实行竞争机制、需要投入技术研究、需要对外企业宣传、需要内部文化建设，等等。 反熵增，即“熵减”，就是让事物从“无序”到“有序”，需要大量的投入。其结果未必是好的，只是减慢了灭亡的速度而已。 3、熵增定律，本质是时间定律 熵增，也就是“无序”的增加，是事物发展的必然规律。任何自然规律，都离不开时间定律，“反熵增”显然是需要和时间赛跑。 从无序到有序，这并不容易。一株小树苗，想要长成参天大树，必然需要不断从外界获取更多能量（阳光、水分、养料等“，在生长过程中逐步分形、长出枝丫和嫩叶，然后强化根系、扩大物理边界：这不仅是小树苗和自身细胞新陈代谢的较量，更是和时间的赛跑。 企业也是如此，像是字节跳动为什么这几年发展地如日中天，其实就是因为在反熵增过程中，它跑赢了时间，在行业格局落定之前，就抢占了一席之位：抖音、头条等产品甚至成为了让巨头忌惮的流量高地。 我对于熵增定律的了解，仍然非常浅薄。但通过半天的资料搜集，确实发现它能解答大部分生活中的疑惑：为什么人都是有惰性的？为什么由奢入俭难？为什么需要法律？为什么要发展科技？ 希望以上内容，对你了解事物的发展和社会的演变，有所帮助。 参考资料：(部分内容或非第一出处)

最令人绝望物理定律“熵增原理”：生命以负熵为食，最终走向消亡

每当科学研究取得新的进展时，我们总是会因此感到欢欣鼓舞，不管是我们的探测器又去到了更遥远的时空，还是我们又发现了新的可以为人类生产所利用的技术，都让大家感到一种充满生命力的希望，觉得整个人类的前途光明无限。

但是在一些理论当中，我们又会得到相反的东西，比如所谓的 增熵原理 ，按照它所阐释的定律，生命乃至整个宇宙，最终的命运都是走向消亡，那么熵到底是个什么东西呢？

虽然是物理学当中非常有名的一个名词，但是熵其实并非一个实体性的物质，大部分情况下它都是一个 概念性的量度 ，用来描述某种特定系统的状态，尤其是构成这个系统的物质的状态变化。

因为我们的 社会 也是一个人为建立起来的系统，所以一些研究也把熵的概念运用到 社会 学这样的学科当中，用来解释其运转。

就熵这个概念本身来说，它所描述的东西跟能量的变化相关，更准确地说它就是用来衡量能量减退程度的一个参数，最早是由德国的一名物理学家提出的，从19世纪中期开始，熵开始被广泛用到各个领域当中，尤其是像热力学这样直接和能量相联系的学科。

不过和大多数物理量不太一样的是，比起应用来说，熵的本质阐释要晚的多。

所有人都在自如地使用着，但是你要问这到底说的是什么样的物质或者现象，却很少有清楚准确的定义，直到近代物理学取得发展之后，它的本质才慢慢得到廓清，用一句话来说明， 熵描述的就是某个特定的系统内部到底有多混乱。

乍一听，似乎还是很混乱，怎么会有一个物理量是用来描述混乱程度的呢？

直观上，科学对某种现象进行描述的目的就要尽量将其精准化，要找到其中的规律、有序性，一切处在混乱中，无法计算和组织起来的现象都不再科学描述的范围内，而熵却打破了这个规定。让我们回到最初提出这个概念的科学家，也就 是克劳修斯 那里。

这位物理学家在1850年发表了一篇著名的文章，标题是《 论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律 》，在这篇里程碑式的文章里，他提出了一个重要的洞察， 当我们所处的环境中发生了一件做功的活动并且由此产生了热量时，一定也会有同样数量的热量在其它的物质变化中被消耗掉 ，反过来也一样。

看起来，这个描述是将我们所处的这个系统看作是一个 总热量不变的整体 ，一些活动看似生成了新的能量，实际上只是把能量从系统的某个地方挪过来了。

换句话说，能量不是孙悟空，能够从石头里蹦出来， 我们要么从已有的物质当中获取，要么就是把现成的能量从一个地方搬到另一个地方 ，所谓的生产过程并没有太大的技术含量，也不是真正意义上的生产。

当然，克劳修斯的论文当中还有第二个非常重要的论点，那就是要想让热能从温度较低的物体上去到温度较高的物体上，必须要通过特定的做功，通过消耗能量才能做到。

这也就是后来的热力学第二定律的雏形，直观上就是我们所说的，自然状态下 ，温度只能从高温传递到低温，而不能从低温传递到高温 ， 如果要反着来，必须要人为地干预这个过程。

但是这里又存在一个问题，那就是在力学当中，这样的能量运动原理上是可逆的，如何解释这二者之间存在的矛盾呢？

克劳修斯的做法是先将这种的现象独立出来进行定义，然后为它指定了新的物理量，在那篇经典的论文发表后的第十个年头，克劳修为这种现象创造了一个新的名字，也就是 熵 。

同时他将 做功产生热量的过程称为正转变，而相反的热量变成功的过程称为负转变。

前者可以在自然状态下发生，后者却需要借助一个正转变才能实现，也就是说，热量想要变为功的形式，需要另外再来一个做功活动，以这个活动产生的热量来推动上面的热量实现功的转变。

这就好比说，我们从 坡上向下骑车的时候并不需要外力的帮助，但是从坡下向上走的时候，就要使劲了 ，要是力气不够还得再请一个人来帮忙，这个多出来的人所形成的额外消耗就是熵。

在这个观察的基础上，克劳修斯重新对这个定律进行了描述，也就是在这种负转变活动当中，一定会产生熵，它的数值至少大于零才能让整个活动得以进行，这也就是所谓的增熵原理。

如果我们的整个系统当中都是遵循自然的正转变，那么熵的数值就是零，但是这里的自然说的不仅是和人类相对的自然，而是一切符合正转变的能量活动，即便在地球上人为因素为零的地方，熵的数值也不会为零。

我们所生活的这个世界，始终都存在负转变活动，不停地形成负熵，而人类的生产生活大大增加了其数量，这个过程不仅存在于宏观的系统里，也反映在我们每一个个体身上。

至少对于现代人来说，如果没有负熵，现有的 社会 是无法运行的，但是负熵所指向的一定是内耗，也就是整个系统的消亡。

熵增定律：为什么会被称为令人绝望的物理定律

通过结合实验和数学，伽利略开创了科学研究的先河，从此物理学走上了快速发展的道路。此后，牛顿发扬光大，建立了牛顿力学，成为经典物理学的开创者，他也被冠以人类史上最伟大的物理学家。

在牛顿之后，又有麦克斯韦、普朗克、爱因斯坦、玻尔、狄拉克、费曼、薛定谔等一众物理学家，发现了一系列新的物理学定律，极大改变了人类对于世界的认识。不仅如此，人类利用物理学定律发展出了现代科技文明，彻底革新了人类的生活。

然而，物理学定律在造福人类的同时，有一条物理定律却给人类带了绝望，以致于有的物理学家发出感叹，宁愿不要发现它。这条定律预示着宇宙必然会走向不可逆转的毁灭，它就是熵增定律。那么，熵增定律是怎么来的呢？

这还要从热力学的发展说起。大量的实验表明，能量是守恒的，它们不会凭空出现和消失，只会在不同形式之间转换，这就是能量守恒定律，也称热力学第一定律。这一定律的诞生，让不消耗能量却能做功的永动机化为泡影。

此后，又有人设想建造另一种永动机，这种机器可以从自然界中吸收热量，然后以此来驱动机器做功，这并不违背能量守恒定律。然而，无论怎么尝试，这类永动机也是没有造出来，原因在于还有未知的热力学定律在起作用。

1824年，物理学家卡诺在研究热机时发现，热量并不能被百分百转换为能量，其热效率正相关于高温和低温热源的温差。为了定量描述热机的能量耗散，克劳修斯在1865年引入了一个常数——熵。

熵可以表征无用能量的多少，无用能量越多，熵越大；有用能量越多，熵越小。热机在运行过程中，会产生无用的热量，例如，机械结构之间相互摩擦所产生的热量，这些热量不能用于做功，系统的熵会变得越来越大。

由此可见，能量的转化和传递是有方向性的，低温热源的热量不会自发地传递给高温热源，热量不能自发并且全部转化为功。因此，熵的值只会变得越来越大，并且是不可逆转的，这就是熵增定律，亦称热力学第二定律，它表明第二类永动机也是不可能实现的。

1877年，物理学家玻尔兹曼进一步扩展了熵的概念。他发现，系统的熵与其微观状态数量有关。倘若系统的微观状态数量越多，意味着系统越混乱，表明熵值越大。一个系统的有序度只会自发地变得越来越低，熵会逐渐增加。

那么，为什么熵增定律十分特殊？为什么它可以预示宇宙的最终结局呢？

对于其他物理定律，它们都是关于时间对称的，无论是时间正向还是逆向流逝，都没有任何区别，例如，一颗小球从空中自由落体到达地面，如果从地面以小球的落地末速度，把小球竖直向上扔出，该小球又会到达原有的高度。

然而，熵增定律却非常特殊，熵只能增大，水和乙醇混合后不会自发分离，玻璃打碎后也无法自动复原。熵增定律表明，时间的流逝方向是单一的，只能向前流逝，这是牛顿和爱因斯坦的物理学所无法解释的。不仅如此，这条定律还设定好了宇宙的结局。

宇宙诞生于138亿年前的低熵状态，随着宇宙的演化，无序度越来越高，有用能量被逐渐消耗掉，宇宙的熵在不断增大。虽然宇宙中形成了很多有序结构和低熵体，例如，恒星、星系和包括人类在内的地球生命，但这些都需要消耗宇宙的有用能来维持低熵状态，所以总体上还是会导致整个宇宙的熵变大。

因此，宇宙之形成以来，就注定朝着熵最大的方向在演化。最终，行星会脱离原有的轨道并解体，原子四分五裂，质子发生衰变，黑洞蒸发殆尽，只留下光子以及轻子。

宇宙迟早会迎来无序度最高、有用能耗尽的最大熵状态，这就是热寂的结局，预计时间是在10^1000年以后。当然，这个时间对于渺小的人类而言非常漫长，我们还有足够的时间来保持低熵的状态。

为什么熵增原理被认为是让人绝望的物理定律

如果要让你选择一条最喜欢的物理学定律，你会想到什么？是相对论的质能方程，还是量子力学的不确定性原理，或者说牛顿运动定律？

在影响世界最为深刻的物理定律中，有一条让人印象深刻，甚至让人感到绝望，这就是“熵增定律”，或称热力学第二定律。这个定律几乎决定了宇宙的最终归宿，导致一些科学家悲观地表示，宁愿没有发现这条定律。

那么，“熵”是什么意思？为什么熵会一直增加？

关于熵的概念，可以从两个方面来理解。

其一，孤立系统的有序度或者混乱度可以用“熵”来表征。系统越有序，无序度越低，则熵越小，反之亦然。

举个例子，假设一个容器的中间有个隔板，左侧装着水，右侧装着无水乙醇，此时系统的熵较小。如果拿掉中间的隔板，水和无水乙醇就会自发地混合在一起，系统的有序度下降，熵就会增加。这个过程是不可逆的，水和乙醇混合之后不能自发地分离开来，所以熵只会自发地变大。

其二，孤立系统中能被用于做功的能量（有效能）多少也可以用“熵”来表征。系统的有效能越多，则熵越小，反之亦然。

举个例子，汽油燃烧之后可以推动活塞做功，从而驱动汽车前进。汽油燃烧后，还会产生一些废热，这些热量无法被收集过来用于做功，所以有效能变少了，熵随之增加。

物理学家克劳修斯基于上述事实，最早提出了熵的概念，并对熵增定律进行了系统阐述，归纳出了热力学第二定律。正是由于熵增原理的存在，禁止了那些试图从大气或者海洋中提取热能来制造永动机的黄粱美梦。

那么，自然界中是否有“熵减”的现象呢？

著名量子物理学家薛定谔指出，包括你我在内的任何生命都是“负熵体”，我们都在进行逆熵的过程。为了维持生命的运行，我们要不断消耗能量，与熵增原理作对抗。

然而，熵增原理不会被打破，生命必然会有走到尽头的那一天。作为负熵体，生命会消耗宇宙中的有用能，从而让整个宇宙的熵变得越来越大。

就目前所知，宇宙包含了一切，所以宇宙是一个孤立的系统。既然如此，熵增定律作用于整个宇宙，就会导致宇宙不可避免地走向衰亡，我们没有办法逆转这个令人绝望的过程。

当宇宙耗尽全部的有效能，再也没有能量可以被用于做功，生命的存在无法维持，整个宇宙的有序度降到最低，熵增加到最大，宇宙将会迎来“热寂”的结局，这个时间估计是在10^1000年之后。

宇宙终结于热寂似乎是不可避免的，除非“麦克斯韦妖”真的存在。著名物理学家麦克斯韦认为，宇宙中也许有一种特殊的机制可以对抗熵增，它可以追踪宇宙中每个粒子的运动，能够让混合之后的不同粒子分开，从而出现熵减，这种特殊的存在被称为“麦克斯韦妖”。

当然，麦克斯韦妖只是一种设想，其存在并没有得到证实。那么，你是否认可麦克斯韦妖的存在呢？

熵增定律为什么令人绝望

熵增定律之所以让人感到绝望，是因为熵增定律揭示了宇宙演化的本质，注定了时空的命运无法避免灭亡，宇宙万物量终逃不过熵增的“腐蚀”。世界万物都会随着时间衰变的，就算是宇宙中的太阳，也会在未来的一天消耗完全部能量，走向毁灭。

曾经有很多科学家尝试创造永动机，来打破宇宙的能源格局，但是这都失败了，因为能量守恒，每一种力都会在运动中消耗。孤立系统总是趋向于熵增，最终达到熵的最大状态，也就是系统的最混乱无序状态。熵的不断增大，会让宇宙空间从有序变得无序，最终毁灭。

定律内容

克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程。

在热力学中，熵是系统的状态函数，它的物理表达式为：

S =∫dQ/T或ds = dQ/T

其中，S表示熵，Q表示热量，T表示温度。

该表达式的物理含义是：一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收（或耗散）的热量除以它的绝对温度。可以证明，只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加：

S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2

假设dQ1是高温物体的热增量，T1是其绝对温度；dQ2是低温物体的热增量，T2是其绝对温度。

则：dQ1 = -dQ2，T1》T2

于是上式推演为：S = |Q2/T2|-|Q1/T1| 》 0

这种熵增是一个自发的不可逆过程，而总熵变总是大于零。

为啥熵增定律会被称为让人绝望的物理定律

物理定律给人类带了无限的可能，基于物理定律，我们可以实现前人难以想象的事情，例如，人类登陆月球，无人探测器飞出太阳系。但同时，有些物理定律也给人类带了绝望，以致于一些物理学家宁愿不想发现它，这就是熵增定律，或称热力学第二定律。

那么，熵是什么？熵增又是怎么回事？为什么这条物理定律会让人类看不到未来？

一个冷的物体和一个热的物体相互接触，在正常情况下，冷的物体不可能把热量自发地传递给热的物体，让冷的物体更冷，热的物体更热，这就是热力学第二定律，物理学家克劳修斯是这个表述的提出者。只有热的物体才能自发地把热量传递给冷的物体，这个过程是不可逆的。

之所以空调和冰箱能够制冷，这并非是自发的过程，而是因为它们消耗了电能，同时还会产生一些废热。从能量角度来看，熵用于表征能够用于做功的能量（有用能）总和。有用能越多，熵越低。有能用消耗掉之后，熵会变得越来越大。

制冷器的制冷过程需要消耗电能，并向外界释放出热量，能量出现退化，这会导致宇宙的熵变大。人类以及地球上的所有生命活动也要消耗能量，用于对抗熵增，否则生命就无法存活，因为生命可以说是一种负熵体，最终的结果会导致整个宇宙的熵变大。

从微观角度来看，任何事物都是由各种粒子组成的。一个系统中粒子的有序度也可以用熵来度量，混乱的程度越低，有序的程度越高，熵也越低。

镜子中的原子有序排列，当镜子打碎之后，原子排列的有序度会降低，这意味着熵会增加。打碎的镜子无法自发复原，所以熵增是不可逆的。从某种意义上来说，熵增的方向就是时间流逝的方向，不可逆的熵使得时间不可逆转，时间只能朝着一个方向流逝。

目前的理论认为，整个宇宙是一个孤立系统。随着宇宙中的有用能量不断被消耗掉，混乱程度变得越来越大，熵将会不可逆转地增加。直到最终，有用能量耗尽，混乱程度达到最大，熵增加到最大，宇宙处于热力学平衡的状态。

到了那时，熵不再增加，时间将会到达尽头，宇宙也将失去生机，这就是理论预言中的宇宙“热寂”。如果不出意外，10^1000年之后，宇宙中的所有天体和物质都会衰变成轻子（比如电子、中微子）和光子，宇宙注定会达到最低能量的状态。

除非宇宙中存在能够任意操控单个粒子运动的“麦克斯韦妖”，或者宇宙之外还有其他宇宙提供能量，或者量子效应在满是轻子和光子的宇宙中发挥主导作用，我们的宇宙才有可能避免热寂的结局。