近期热门的精选读物《第一推动丛书·弦理论之争系列》,幽默有趣非常动人!(32)

2023-07-21 来源:旧番剧
鸡,或其他生物,是一种令人惊讶的高度有序的物理系统。这种组织性来自哪里并且又是如何维持的呢?鸡仍然存在,并且可以靠不断生蛋、吃食以及呼吸继续存在下去。食物和氧气为生物提取所需的能量提供了原材料。如果我们要真正理解究竟是怎么回事的话,这种能量的一个重要特点就不得不强调一下。在鸡的一生当中,鸡通过摄取食物获得能量,然后又将能量以新陈代谢和日常活动所产生的热量和废物的形式排放到周围的环境中。如果没有这种能量摄取和释放的平衡,鸡将越来越笨重。
问题的关键在于,各种形式的能量并不一样。鸡以热量释放到环境中的能量是高度无序的——这些热量常常导致周围的空气分子的震动碰撞变得比先前剧烈。这种能量的熵很高——这些能量不断散发,并与环境混合在一起——因此不能轻易利用。相反,鸡从食物中摄取的能量的熵则很低,因而很容易用于重要的维持生命的活动。因此鸡,事实上也包括每一种形式的生命,都在摄取低熵能量释放高熵能量。
认识到这一点又会发现另一些问题。鸡蛋的低熵源自哪里?鸡的能源食物又是如何拥有如此低的熵的?我们应如何解释这种反常的有序?如果食物来源是动物的话,我们又回到了最初的问题:动物是如何拥有低熵的?但如果我们追踪食物链,我们最终将发现动物(比如我)只吃植物。植物和果蔬产品又是如何维持低熵的?在光的作用下,植物通过光合作用将周围空气中的二氧化碳转化成氧气和碳水化合物,氧气被释放到空气中,而碳水化合物被植物吸收利用以生长繁殖。因此我们能将低熵的、非动物性的能源追踪到太阳那里。
这又进一步引起了解释低熵的另一问题:高度有序的太阳来自哪里?太阳形成于50亿年前,它最初是由弥漫的气体团在其组成成分相互之间的引力作用下不断地旋转、聚集而形成的。当气体团密度变大时,一个部分施加于另一个部分的引力就会增强,从而造成气体团进一步向自身塌陷。当引力将气体团挤压得越来越紧时,气体团就会变得越来越热。最终,气体团的温度如此之高以至于引发了核反应,从而不断向外辐射热量以阻止引力对气体团的引力压缩作用。这样,一个高温、稳定、明亮燃烧着的恒星就诞生了。
那么,分散的气体团又来自哪里呢?它可能来源于较老恒星的残余物,当恒星的生命走向尽头时,会爆发变成超新星,并将其物质喷向太空。那么,形成早期恒星的分散气体又来自哪里呢?我们相信这些气体是在大爆炸之后形成的。我们有关宇宙起源的最精确理论——我们最为精妙的宇宙学理论——告诉我们,当宇宙的年龄只有几分钟时,宇宙间充满了由约75%的氢,23%的氦,少量的氘和锂组成的近乎均匀的高温气体。最关键的一点是,充满宇宙的这些气体的熵是非常低的。诞生于大爆炸的宇宙始于低熵状态,这种状态正是我们现在看到的有序态的起源。换句话说,现在的有序态是宇宙的遗迹。让我们更为详尽地讨论一下这一重要的思想吧。
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