科普 》 宇宙、地球和生命的进化：时间的1000个瞬间   》 第4节：二、时间零点(3)      林为民 Lin Weimin

　　3．时间之箭
　　热力学认为，任何时间上向前的过程都是不可逆的，任何现象都是转瞬即逝的。热力学把时间与有序性和无序性这样的概念联系起来，时间的流动就变得显而易见。这是因为在任何孤立系统中都有一种毫不留情的倾向，使得有序程度降低而无序程度增加。例如：往一杯清水中加一点牛奶，奶分子就会和水分子混合在一起并且扩散，最后，牛奶和水的分布就会完全一样，整个液体呈现乳白色的状态。在这个最后状态中，分子的无序性达到了最大值。热力学有个专门描述这种无序性的术语，称为"熵"。无序性增加的过程就是一个熵增加的过程，当牛奶和水混合均匀后，这个系统的熵达到最大值，这时液体处于一个平衡状态，奶分子和水分子在混合物中所有各处都是均匀的，不再具有任何进一步混合的能力。
　　根据常识，我们从来没有见过相反的过程，就是牛奶和水的乳白色混合溶液自发地分成白色的奶和无色的水。这就是热力学描述的时间之箭，它在热力学中称为"热力学第二定律"。这个定律说，所有的物理过程都是不可逆的，因为一部分能量总是作为热散失掉了。
　　如果过于死板地理解这个定律，我们就会注意到下面这个推论：热力学排除了有序结构的自然出现。这就意味着宇宙的整个进程将必然走向无序的混沌，所有星系和星球的最终结果都是走向分散，整个宇宙将沿着一条不归的道路走向死亡，甚至我们所描述的宇宙创生都是不可能的。
　　这显然是不正确的。事实上，热力学理论正把握着有序生命产生的关键。我们不妨设想一台正在运行的蒸汽机，当蒸汽机运转时，能量转化为所有组成部分的分子运动，这一过程是极端复杂的，但是热力学并不涉及原子和分子，它把注意力直接集中在一些与感觉有关的宏观量上，例如体积、温度和压力。蒸汽机的工作就是把热转化成功，水在锅炉中被加热成为蒸汽，蒸汽冲撞活塞，活塞做功推动轮子的转动。同样，我们也可以通过做功产生热量，当你摩擦双手时，就是在做功产生热量，这说明热和功不过是能量的两种不同形式。这也就是我们在前面所说的能量守恒定律，它在热力学中又被称为"热力学第一定律"。
　　如果你在一件事情发生前能拟订出一份这个事件所有参与的能量（包括物质）的清单的话，在事件的前后总能量总是相等的。唯一的区别是：开始时的能量的一部分或者全部，必定会在事件后作为热量出现。这是因为总有一些能量在某种物理过程中被"烧掉"了，例如克服摩擦和空气阻力。任何一个能量转化的过程中，都有因为产生热而出现的能量耗散。虽然热和功是平等的，但是耗散使得它们之间产生了一个十分重要的不对称性。这个现象就是使"热力学第二定律"出现的最早推动力。



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【资料来源】内蒙古人民出版社
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