第一〇五章 分佈

熱寂,定義並不甚明瞭,用來形容宇宙的最終命運,在物理界卻盡人皆知。

宇宙的終局,或者,人類認識範圍內的任何一種客觀存在,如果當做孤立系統,最終的結局必然是熵達到極大值,在那之後,倘若時間的概念仍然存在(這一點並非天經地義),系統本身也不會有任何變化,成爲真正意義上的一潭死水。

熱力學三定律,一百多年前的科學原理,給出的就是這樣的一種景象。

在理查德*費曼面前,方然沒有解釋這些基本原則的必要,他只是言簡意賅的道出疑問。

“宇宙的末日”,這,是任何一個學習過現代物理,特別是熱力學的學生,多多少少都會思考過的問題。

區別只在於,尋常人的這種思考,很快就會被生命的逝去、和時間的流逝沖刷殆盡。

一旦意識到人的一生何其短暫,遙遠到不可思議的宇宙之末日,再怎樣努力,也無助於解決眼前的問題,這種思考就會知趣的無疾而終,甚或用“人類連十年、二十年後的世界都無法預測,又怎能奢望洞悉宇宙的奧秘”來自我安慰。

但是方然呢,即便只是一個永不下車的憧憬者,無限長的生命還是未知數,思維的角度,也已經和常人大不相同。

熱力學定律,自身而言,是基於統計的直白敘述。

想象一個充斥空氣的密閉空間,在沒有外界的物質、能量影響時,其中的空氣分子,會大致均勻的分佈在整個空間裡,而幾乎絕對不可能自發的集中在空間一側、讓另一側出現真空;事實上,即便通過外力,讓這種情形出現,一旦撤去外來的干涉條件,氣體分子會迅速向真空一側擴散,經過或長或短的時間,最終,空間內又會變成分子大致均勻分佈的平衡態,或者,終末態。

考察處於平衡態的空間,微觀上,任何一小塊空間內的分子數量,總會有微弱的漲落起伏,但是從宏觀上,分子的分佈則非常均勻。

爲什麼會這樣呢,淺顯的表象,背後蘊含的機理卻極端深刻,方然並無法看透。

只能說從形而上學的角度,統計規律,可以用來解釋這樣一種現象:考慮空氣分子在空間中的分佈,可能的方案有如恆河沙數,但其中絕大多數方案都是分子近似均勻分佈、平平無奇的那種,所有分子聚集在一半空間、另一半出現真空的方案,則只有其中的極少數。

譬如說,在上面的案例中,如果空間內有10,000個空氣分子,將空間等分成A、B兩部分,則所有空氣分子在其中任意分佈,可能的情形會有2^10000之多。

2^10000,毫無疑問,這一數字是難以想象的巨大。

然而所有空氣分子都跑到一邊、另一邊出現真空的情形,又有多少種呢?

要麼所有分子都在A,要麼所有都在B,數一數,這樣的極端情形爲何幾乎不可能出現,原因也就不言自明:

這種情形,只有區區2種方案,可以做得到。

10000個空氣分子的任意分佈,自發出現一半空氣、一半真空的概率是1/2^9999,這個數字究竟有多小呢,數學家可能會感興趣,但是對物理學家而言,實踐意義上,如此微末的數字根本就等於零。

而且這還是區區10000個空氣分子的情形;

實踐中,哪怕一立方厘米的地表空間,在零攝氏度、標準氣壓時,都會充斥着2.7*10^19個空氣分子。

規模越大,偏離平均分佈的情形,越會罕見到根本不可能出現。

雖然是用分子位置舉例,換成其他的物理量,譬如速度、能量,也是一樣道理。

建立在統計學上的熱力學三定律,道理,非常簡潔,雖然背後的機理深不可測,站在不求甚解、只看結果的角度,其正確性卻是不言自明。

但,一旦將這些定律應用到宏觀層面,甚至宇宙這樣的尺度,又會怎麼樣呢。

絕對正確的熱力學三定律,與民衆的誤解不一樣,原則上,並不排除系統狀態的極端化,也就是進入一些相對不太罕見、不太容易自發形成的狀態,這種現象,在客觀世界司空見慣,用學術語言來講,是系統可以藉助外來的能量、或者說低熵源,來影響自身粒子的分佈和行爲,即,降低自身的熵值。

正因爲這樣的規則,在蓋亞,才衍生出從自然現象到生命奇蹟的一系列眼花繚亂。

可是再怎樣紛繁蕪雜的世界,物理上的過程,熵的增加,或曰,系統分佈從罕見狀態到常見狀態的滑落,卻是絕對無法違抗的宿命。

蓋亞,年齡逾四十六億的古老存在,分佈在其表面的生命形態,萬變不離其宗,都需要外界提供的低熵源來維持自身的生命活動,低熵的來源,本質上都是一點四億公里外的恆星,所發出的光芒。

生命依賴恆星的光和熱,才能生存,科普讀物往往從能量轉移的角度描述這一過程。

這樣講,當然是正確的,不過從熱力學的角度,發生在恆星到生命體、再到環境的熵轉移,纔是更本質的陳述。

生命的跡象,一切都依賴於熵的轉移,這是方然關注的核心問題。

因爲這也就意味着,倘若要永生,要擁有無限長的生命,僅僅假設宇宙本身萬世長存,直到永恆,只是一個必要條件。

根本上講,要切實的永生不死,還要有一個永遠存在的低熵源。

但是這可能嗎……

“你可能還不清楚,熱寂,概念上本身就不太嚴謹;

而且在學術界,這也是一個比較陳舊的概念,現在的物理研究者,大多都不認可。”

方然的疑問,在費曼教授眼裡,似乎根本就不是什麼煩惱,

“看來,你還是有基本的熱力學定律,和統計物理的一些背景知識,那麼對宇宙的演化,你瞭解多少?”

“這方面所知有限,我的認識,還停留在‘宇宙大爆炸’的階段。”

實話實說,方然可不想在教授面前賣弄學問,畢竟他是來請教問題,而不是在面試。

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