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绝非耸人听闻:热力学第二定律最终可能决定人类文明的命运

时间:2021-10-06 00:27:01

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绝非耸人听闻:热力学第二定律最终可能决定人类文明的命运

经典热力学主要由19世纪的科学先驱,如克劳修斯、开尔文、玻尔兹曼和吉布斯等人发展而来。它主要处理平衡系统中的问题,可以根据一系列略有不同的状态,描述事物将会产生哪些非常复杂的变化。科学家们认为,对于今天的人类文明来说,热力学定律非常重要,尤其是热力学第二定律,它可能会最终决定人类文明的命运。

简单地说,热力学第一定律的意思是,你不可能不劳而获,即天下没有免费的午餐。换句话说,宇宙中的物质和能源的总量是恒定的。热力学第二定律可以算是最有趣、最有深意的,它的意思是说,宇宙中熵(代表无序或混乱)的总量总是增加的。这意味着万物皆会最终消失,物体必须腐烂、生锈、老化、衰退或者瓦解,这一过程而且是不可逆的。

比如说,当你煎一个鸡蛋时,看似很简单,三两分钟就可以完成,但这中间其实包含了一系列复杂的变化。打破鸡蛋壳、将鸡蛋翻面等等看似微不足道的动作,都是人体的运动,运动就会产生热量,虽然微不足道但真真切切地增加了环境的无序度。最重要的是你必须要消耗能源,无论是消耗液体燃料、气体燃料或者是电能,这些都进一步促使局部环境中熵的总量增加了。那么,你能将这一过程逆转吗?能让煎蛋再回到最开始的样子吗?很显然不能。

这就引出了一个令人深思的问题:如果未来人类文明盲目地产生能量,不断地产生废热,不断地使得地球环境的总熵增加,总有一天我们的地球家园将无法居住。熵,通过废热、混乱以及污染的形式,将从根本上摧毁我们的人类文明。同样地,如果通过砍伐森林制造纸张,并最终产生堆积如山的废纸的方式承载信息,人类文明将被埋葬在自身的信息垃圾之中。

因此,有科学家对未来的人类文明提出了两种新的定义。第一种是“熵节约文明”,这种文明使用可支配的一切手段来处理多余的废热和垃圾,以尽力延缓熵增长的速度。但由于人类文明对能源的需求继续快速增长,整个行星的总熵将继续增长,但如果使用纳米技术和可再生资源来消除浪费和低效,熵的增长将是可控的,甚至局部的熵还可以减少。

第二种是“熵浪费文明”,这种文明继续扩大自身的能源消耗而不受限制。最后,地球这颗行星将无法居住,而这种文明将试图通过向其它行星的扩张和殖民来逃离自身制造的困境。但是,在外太空建立殖民地的成本将会限制它的扩张能力,如果最终地球熵增长的速度超过了它向其它行星扩张的速度,那么,这个文明将面临毁灭性的灾难。

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