科普 》 宇宙、地球和生命的進化：時間的1000個瞬間   》 第4節：二、時間零點(3)      林為民 Lin Weimin

　　3．時間之箭
　　熱力學認為，任何時間上嚮前的過程都是不可逆的，任何現象都是轉瞬即逝的。熱力學把時間與有序性和無序性這樣的概念聯繫起來，時間的流動就變得顯而易見。這是因為在任何孤立係統中都有一種毫不留情的傾嚮，使得有序程度降低而無序程度增加。例如：往一杯清水中加一點牛奶，奶分子就會和水分子混合在一起並且擴散，最後，牛奶和水的分佈就會完全一樣，整個液體呈現乳白色的狀態。在這個最後狀態中，分子的無序性達到了最大值。熱力學有個專門描述這種無序性的術語，稱為"熵"。無序性增加的過程就是一個熵增加的過程，當牛奶和水混合均勻後，這個係統的熵達到最大值，這時液體處於一個平衡狀態，奶分子和水分子在混合物中所有各處都是均勻的，不再具有任何進一步混合的能力。
　　根據常識，我們從來沒有見過相反的過程，就是牛奶和水的乳白色混合溶液自發地分成白色的奶和無色的水。這就是熱力學描述的時間之箭，它在熱力學中稱為"熱力學第二定律"。這個定律說，所有的物理過程都是不可逆的，因為一部分能量總是作為熱散失掉了。
　　如果過於死板地理解這個定律，我們就會註意到下面這個推論：熱力學排除了有序結構的自然出現。這就意味着宇宙的整個進程將必然走嚮無序的混沌，所有星係和星球的最終結果都是走嚮分散，整個宇宙將沿着一條不歸的道路走嚮死亡，甚至我們所描述的宇宙創生都是不可能的。
　　這顯然是不正確的。事實上，熱力學理論正把握着有序生命産生的關鍵。我們不妨設想一臺正在運行的蒸汽機，當蒸汽機運轉時，能量轉化為所有組成部分的分子運動，這一過程是極端復雜的，但是熱力學並不涉及原子和分子，它把註意力直接集中在一些與感覺有關的宏觀量上，例如體積、溫度和壓力。蒸汽機的工作就是把熱轉化成功，水在鍋爐中被加熱成為蒸汽，蒸汽衝撞活塞，活塞做功推動輪子的轉動。同樣，我們也可以通過做功産生熱量，當你摩擦雙手時，就是在做功産生熱量，這說明熱和功不過是能量的兩種不同形式。這也就是我們在前面所說的能量守恆定律，它在熱力學中又被稱為"熱力學第一定律"。
　　如果你在一件事情發生前能擬訂出一份這個事件所有參與的能量（包括物質）的清單的話，在事件的前後總能量總是相等的。唯一的區別是：開始時的能量的一部分或者全部，必定會在事件後作為熱量出現。這是因為總有一些能量在某種物理過程中被"燒掉"了，例如剋服摩擦和空氣阻力。任何一個能量轉化的過程中，都有因為産生熱而出現的能量耗散。雖然熱和功是平等的，但是耗散使得它們之間産生了一個十分重要的不對稱性。這個現象就是使"熱力學第二定律"出現的最早推動力。



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【資料來源】內蒙古人民出版社
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第9節：三、物質形成(3)第10節：三、物質形成(4)第11節：三、物質形成(5)第12節：三、物質形成(6)
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