中国小康网 独家专稿

　　我们在科幻里面经常看到一些现实中不容易看到的讲点神奇景象，比如《哈利·波特》里面的物理魔棒。魔棒一指，谈谈就有神奇的讲点事情发生：指着一潭水，潭水立马结冰；指着一个乱糟糟的物理房间，房间旋即恢复秩序……散落一地的谈谈纸张飞到桌子上，变回一本书；乱扔的讲点衣物跑到衣柜里面，叠放得整整齐齐……摔碎的物理花瓶可以复原，打破的谈谈镜子可以重圆……这些景象，现实世界里会发生吗？问题的讲点答案，全在一个“熵”字。物理

　　什么是谈谈熵？熵是物理学中最重要的概念之一，重要性仅次于能量。讲点熵是物理度量系统的混乱度。比如一个箱子中的谈谈空气，一种情况是分子聚集在箱子一角，还有一种情况是分子遍布于箱子的每一个角落。那么毫无疑问，所有分子聚集在箱子一角的情况较为有序——换句话说就是，熵比较小；而箱子里遍布分子的情况，则较为混乱——换句话说就是，熵比较大。

　　系统变得混乱，熵也随之增大。熵就是这么一个概念，1854年由克劳修斯首次提出。前面提到的，无论是一潭水变成冰，还是混乱的房间变得有序，都是从无序到有序，从熵大到熵小的过程。这种事情会发生吗？答案是：基本上不可能。因为违反了物理学定律。

　　日常生活中，我们经常遇到这种情况：握着一根金属棒在燃气灶上烧，要不了多久，金属棒会把燃气那边的热量传到手上。这叫热传导，也就是热量传递。热量的传递，通常是从温度高的地方传向温度低的地方。再看一个例子，一个杯子放热水，一个杯子放凉水。两个杯子远远分开的话，什么事也不会发生。可一旦靠在一起，再用一枚U形金属棒连通的话，很快两杯水的温度就会趋于相同——温度高的变低，温度低的变高。这也是热传导。推而广之，可以得出一个结论：世界是趋于平衡的，趋近于大家的温度变成一样高。就是说，热量只会从温度高的地方向低的地方传，从来不会颠倒方向。这是热力学第二定律的一个体现。

　　另外一个例子是：一杯溶液，一边浓度低，一边浓度高。大家会发现，溶剂分子总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。与热传导过程类似，这是扩散过程。一个生活中常见的例子是：滴一滴墨水到一杯水里面。刚开始的时候，水面附近的墨水浓度很高，不一会儿，你会发现整杯水都变成了墨水，且浓度均匀。这一切都告诉我们，任其自然的话，都会朝着混乱度增大的方向发展。一滴墨水集中在一个地方的时候，它是比较有序的，可以准确地说出这滴墨水在哪儿；而由于扩散，发展到整个杯子都有墨水的时候，就不好说它到底在哪儿了。这个时候，它的混乱度就比较大，用克劳修斯的话说，就是熵比较大。孤立系统永远是熵增的，它的混乱度趋于变大。这就是热力学第二定律。

　　回顾一下《哈利·波特》里面的场景：用魔棒将潭水变成冰。本来这潭水的温度跟空气一样高，想让它变成冰，周围的空气就要吸收它的热量。结果就是，空气温度升高，而潭水温度降低。这意味着热量要是从温度低的地方向温度高的地方传导，跟正常的热传导过程刚好相反，违反了热力学第二定律。看一个有些“好吃”的例子：将鸡蛋打碎，放进锅里煎，就做出了好吃的煎鸡蛋。而相反的过程——煎熟的鸡蛋变成生鸡蛋，回到鸡蛋壳里，变成一颗完整的鸡蛋——则不会发生。这同样违反热力学第二定律。在《哈利·波特》里面，我们看到家具在魔棒的指引下，归回原位；装饰品打碎了，书撕碎了，都在空中自行复原，落回到书架上。所有这一切都违反热力学第二定律。

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　　本文刊登于《小康》2019年4月上旬刊

　　作者：李淼

　　心里有诗和远方

　　眼下有科学和科普

　　以及跨界人生。

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