03.05 地球的熵是不斷減少的嗎?有何科學依據?

恆星之力


這個問題非常有意思,也很深刻。我試著分析一下,不一定很全面。

熵是什麼?

熱力學第二定律指出,雖然能量可以轉化,但是無法100%利用。在轉化過程中,總是有一部分能量會被浪費掉。比如,汽油含有的能量可以轉化成發動機的能量,但是會伴隨產生大量的熱能和廢氣。即使科技再發達,也無法將被浪費的能量減小至零。



寫成公式就是:

能量的總和 = 有效能量 + 無效能量

"有效能量"指的是,可以被利用的能量;"無效能量"指的是,無法再利用的能量,又稱為熵。

所以,熵就是系統中的無效能量。

考慮到宇宙的能量總和是一個常量,而每一次能量轉化,必然有一部分"有效能量"變成"無效能量"(即"熵"),因此不難推論,有效能量越來越少,無效能量越來越多。直到有一天,所有的有效能量都變成無效能量,那時將不再有任何能量轉化,這就叫宇宙的"熱寂"。

所以,熱力學第二定律的一個重要推論就是:熵永遠在增加。

熵增的原因可以從微觀粒子的運動來考慮,任何粒子的常態都是隨機運動,也就是"無序運動",如果讓粒子呈現"有序化",必須耗費能量。

所以,熵可以被看作"有序化"的一種度量。

熱力學第二定律實際上是說,當一種形式的"有序化"轉化為另一種形式的"有序化",必然伴隨產生某種"無序化"。一旦能量以"無序化"的形式存在,就無法再利用了,除非從外界輸入新的能量,讓無序狀態重新變成有序狀態。

地球的熵值怎麼變化?

在地球上,生命可以說是一種低熵體,各種身體系統配合默契,非常有序,所以熵值較低,但是生命要維持這種有序度就必須耗費能量,所以就表現為生命過程都需要從外界吸取能量,植物吸收的是太陽的能量,動物吸收的是植物轉化儲存的能量。

一旦能量吸收過程停止,生命過程也告終結!

另外,因為人類有意識,人類(當然也包括部分動物)能把周邊環境改變的更有序,比如建造精緻的樓房,製造機器,建設穩定的社會等等,但是無一例外都是要耗費外界能量的。

儘管地球表面形態的有序度越來越高,也就是相應小系統的熵值越來越低,但伴隨而來的也是大量能量的耗散,也就是說,如果沒有外界能量補濟,地球總體系統的熵值必然越來越高!

然鵝,恰恰此時,太陽和月亮卻源源不斷的給地球輸送能量,太陽輸送的主要是太陽能,當然也包括高速太陽風粒子,而月亮則通過引力對地球造成的潮汐給地球輸能,當然還有其他宇宙空間的能量,不過相比太陽月亮來說比較小。

那是不是說,地球熵值在降低?

也不盡然,要知道,隨著人類科技發展,耗費能量越來越多,太陽月亮輸送的能量必將遠遠不夠,人類目前使用的石油煤炭都是在吃老本(億萬年前太陽輸送的能量被保存在煤炭石油中),當然還有其他老本可吃,比如核能(宇宙創世時保存的能量),但是你要相信,隨著總體熵值增加終有一天會入不敷出。

所以,個人認為,隨著科技繼續發展,除非加大外界能量輸入(比如星際採礦、製造戴森球等),否則地球熵值只會越來越高!

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