熵增原理为什么绝望，有效的能量会越来越少

物理学的发展与物理定律的发现密不可分，这可能预示着新的物理学。物理学的一些基本定律可以建立物理大厦，并指导科学技术的发展。过去几百年来，这就是物理学和技术蓬勃发展的方式。

热力学第二定律——熵增定律

在这些物理学定律中，有一条让物理学家“又爱又恨”。有的科学家宁愿宇宙中就只有这条定律，有的科学家则宁愿没有发现这条定律。这条定律就是热力学第二定律，或者它还有一个更加响亮的名字——熵增定律。

热力学第一定律表明，能量是守恒的，无法被凭空创造出来，所以试图造出一种能够持续输出能量的永动机是不可能的。自那之后，有些人又提出了另一类永动机，如果从自然界中吸收热量，驱动永动机转动，这样就能源源不断地对外做功，而且又没有违背能量守恒定律，这就是第二类永动机。

有效的能量会越来越少

但随着热力学第二定律的发现，人类意识到第二类永动机也是不现实的。虽然能量是守恒的，但有效的能量会越来越少。煤炭的有用能很高，但它们燃烧之后释放出的能量不可能被全部用来做功，同时会产生一部分废热。

物理学家克劳修斯引入“熵”来表征有用能的多少。能够用于做功的能量越多，熵越小；有用能越少，熵越大。以煤炭为例，没有燃烧的煤炭熵值小，燃烧之后残留下来的煤渣熵值大。

熵增原理是不可逆的

在一个孤立系统中，有用能会越来越少，熵会变得越来越大，这就是熵增原理。如果从自然界中不断吸热，以此实现持续做功，导致有用能增加，就会违背熵增定律，所以这种永动机无法被造出来。

另一方面，熵也可以用来表征系统的混乱程度。系统的混乱度越小，有序度越高，熵越小，反之熵越大。这可以用玻尔兹曼熵公式来描述：S=k·logW。其中S为系统的熵；k为玻尔兹曼常数；W为微观状态数，其数值越大，系统越无序，熵值越高。这是一个非常奇妙的公式，它把微观和宏观直接联系在一起。

对于孤立系统，熵总会自发地增加，有序度越来越小。熵增原理是不可逆的，以生活中的常见事物为例——破镜无法自发复原，水和牛奶混合后无法自发分开。从某种意义上来讲，熵增也代表着时间的流逝，时间是不可逆的，熵只会增加。

这条物理学定律会推导出一个令人绝望的宇宙大结局——热寂。如果宇宙是一个孤立系统，随着时间的推移，熵将会不断增加，宇宙的混乱度会越来越大，有用能逐渐消耗掉。人类以及其他生命都是负熵体，为了维持机能，我们要不断消耗有用能，这会增加整个宇宙的熵，加速宇宙的衰亡。

据估计，宇宙可能会在10^1000年之后消耗完所有的自由能，整个宇宙处于热平衡，达到热寂的状态。到了那时，宇宙停止运行，任何生命都不复存在。

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