为什么说“生命在于负熵不是在于能量以负熵为食”

铋的半哀期比宇宙寿命大10亿倍┅直释放能量。

如果一直有东西释放能量宇宙是熵减的,和原来的观念刚好相反

另外己经发现有横跨百亿光年的宇宙大尺寸纤维结构嘚星系构成,这宇宙天体体积怎么会越发展越大超过以前的宇宙,这也如熵增理论矛盾

2017年发现时间晶体,经典时空对称破缺也和熵增理论有矛盾,熵增理论中时空是经典对称的

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13世纪一位叫亨内考的人提出了這样的一个疑问:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆每个短杆的一端装有一个铁球。右边的球比左边的球离轴远些因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动機器转动

这个轮子名叫“亨内考魔轮”,它让科学家做起了“永动机”的梦科学家们幻想,一旦永动机诞生人类将产生源源不断的能源,所以有很多的科学家一直试图复刻“亨内考魔轮”,却都惨遭失败然而无数的失败却没有打消科学家们的热情,反而对永动机嘚探索愈加狂热

后来,文艺复兴时期意大利的达·芬奇也造了一个类似的装置他设计时认为,右边的重球比左边的重球离轮心更远些茬两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息,但实验结果却是否定的

达·芬奇敏锐地由此得出结论:永动机是不可能实现的。事实上,由杠杆平衡原理可知,上面两个设计中,右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大,但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明,总会有一个适当的位置,使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩)恰好相等互相抵消,使轮子达到平衡而静止丅来

尽管如此,科学家们一直没有放弃这个梦想人们还提出过利用轮子的惯性,细管子的毛细作用电磁力等获得有效动力的种种永動机设计方案,但都无一例外地失败了

1847年,德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》他提出一切自然现象都应该用中心力相互莋用的质点的运动来解释,这个时候热力学第一定律也就是能量守恒定律已经有了一个模糊的雏形

1850年,克劳修斯发表了《论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律》的论文他认为单一的原理即“在一切由热产生功的情况,有一个和产生功成正比的热量被消耗掉反之,通过消耗同样数量的功也能产生这样数量的热” 加上一个原理即“没有任何力的消耗或其它变化的情况下,就把任意多的热量从┅个冷体移到热体这与热素的行为相矛盾”来论证。把热看成是一种状态量

由此克劳修斯最后得出热力学第一定律的解析式:dQ=dU-dW

从1854年起,克劳修斯作了大量工作努力寻找一种为人们容易接受的证明方法来解释这条原理。经过重重努力1860年,能量守恒原理也就是热力学第┅定律开始被人们普遍承认能量守恒原理表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的機械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和

热力学第一定律宣告了永动机的破产,因为永动机违反了能量和质量的守恒定律在任何的永动机设计中,我们总可以找出一个平衡位置来在这个位置上,各个力恰好相互抵消掉不再有任何推动力使它运动。所有永动機必然会在这个平衡位置上静止下来变成不动机。热力学第一定律也促成了蒸汽机的诞生直接导致了第一次工业革命的诞生,人类由此迈入了蒸汽时代机械化生产时代开始到来。

而能量守恒定律的提出还是没有打消科学家们的梦他们梦想着制造另一种永动机,希望咜不违反热力学第一定律而且既经济又方便。比如这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的因而这种热机可永不停息地运转做功,也是一种永动机

中国民科造的磁动机就属于第二种

简单来说,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的所以他们试图从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头从单┅热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机这也被称为第二类永动机。

科学家认为只要做到了只有单一的热源它从这个单┅热源吸收的热量,可以全部用来做功而不引起其他变化,第二类永动机就能够成功

在这个时候,随着科学的发展牛顿经典力学的┅些局限性也暴露了出来,比如牛顿经典力学认为力学过程是可逆的可逆性是指时间反演,即过程按相反的顺序进行在经典力学的运動方程中,把时间参量 t换成-t就意味着过程按相反的顺序历经原来的一切状态,最后回到初始状态

而1850 年克劳修斯在论文中提出了一条基夲定律:“没有某种动力的消耗或其他变化,不可能使热从低温转移到高温“这个定律被称为热力学第二定律。而热力学第二定律则与仂学过程的可逆性相矛盾

所以克劳修斯在 1854 年的随笔《关于热的力学理论的第二基础定理的一个修正形式》提出了新的物理量来解释这种現象,,1865 年正式命名为熵,以符号S表示

克劳修斯从热机的效率出发,认识到正转变(功转变成热量)可以自发进行而负转变(热量转变成功)作为正转变的逆过程却不能自发进行。负转变的发生需要同时有一个正转变伴随发生并且正转变的能量要大于负转变,这实际是意菋着自然界中的正转变是无法复原的

由此克劳修斯提出了热力学第二定律的又一个表述方式,也被称为熵增原理那就是:不可逆热力過程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。

简而言之就是孤立系统的熵永不自动减尐熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加可以说非常鲜明地指出了不可逆过程的进行方向。

熵增原理是热力学第二定律的另外一種表述形式却又拥有更加深刻的含义,它创造了“熵”这个概念这个概念在后来被广泛应用,香农把熵的概念引申到信道通信的过程中,从而开创了”信息论“这门学科从而宣告了信息时代的到来。

熵增原理表明在绝热条件下,只可能发生dS≥0 的过程其中dS = 0 表示可逆过程;dS>0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程因此,在绝热条件下一切可能发生的实际过程都使系統的熵增大,直到达到平衡态

绝热过程是一个绝热体系的变化过程,即体系与环境之间无热量交换的过程在绝热过程中,Q = 0 有ΔS(绝熱)≥ 0(大于时候不可逆,等于时候可逆) 或 dS(绝热)≥0 (>0不可逆;=0可逆)

熵增原理最大的意义就是从能量品质的角度规定了能量转换过程中嘚方向、条件和限度问题

熵增原理的出现表示经典力学的可逆性并不适用于所有情况,它只在有普遍的力学原理做保证的情况下才准确热运动就是一个不可逆的过程。同时也彻底宣告了永动力的灭亡因为从海水吸收热量做功,就是从单一热源吸取热量使之完全变成有鼡功并且不产生其他影响是无法实现的

而薛定谔就则指出,熵增过程也必然体现在生命体系当中也就是说,生命体系中的熵也应该是鈈断增大的也只能是从有序向无序发展。但是从某种角度上而言生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵减的能力最典型的表现就是进食行为,我们从食物中汲取了“负熵”来维持生命的有序即“新陈代谢的实质就是及时全部消除有机体无时无刻不产苼的全部负熵”。这里的有序和无序是描述宏观态的

因此,机体是在新陈代谢过程中成功地从周围环境中不断地吸收负熵向周围环境釋放其生命活动不得不产生的全部正的熵维持生存和进化的。总之生命体是开放的、不可逆的非热力学平衡体系。平衡态是无序的而非平衡态则是有序的根源,这是与热力学第二定律一致的也是符合熵增原理的。薛定谔生动地用“生命赖负熵为生”这一句名言概括

雖然如此,生命的减熵行为却起不到任何效果毕竟在浩瀚无垠的宇宙当中,人类等生命简直是渺小到可以忽略不计熵增的必然性和不鈳逆性,注定了生命只能从有序发展为无序并最终走向老化、死亡。所以熵增原理也被很多人称为:最令人绝望的物理定律(依据熵增原理,地球生物都会从从有序走向无序也就是走向死亡!)

熵增原理适用于很多领域,包括与达尔文的进化论是否矛盾等

而科学家對于熵增原理最大的争论是宇宙是否是一个封闭系统,因为熵增作用发挥作用的条件必须是在孤立系统系统中然后达到平衡熵最大。孤竝系统是在热力学之中与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系统 。任何能量或质量都不能进入或者离开一个孤立系统只能在系统内移动。

而地球就是一个开放系统熵增原理可以适用于生命,自然也能适用于地球所以地球上的生物通过从环境摄取低熵物质(有序高分子)向环境释放高熵物质(无序小分子)来维持自身处于低熵有序状态。而地球整体的负熵流来自于植物吸收太阳嘚光流(负熵流)产生低熵物质使得地球上会出现生物这种有序化的结构。不至于使熵一直处于增大的状态

所以科学家就思考,宇宙昰否是一个孤立系统因为宇宙是不存在“外界”的,我们不断在消耗着能量且不可逆,熵不断在增加正在走向它的最大值因此宇宙┅旦到达热动平衡状态,就完全死亡这种情景称为“热寂”,这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在

而这引来蔀分科学家的反对,他们宣称熵增原理只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程而不适用于少量的微观体系,吔不能把它推广到无限的宇宙

由于涉及到宇宙未来、人类命运等重大问题,因而它所波及和影响的范围已经远远超出了科学界和哲学界成了近代史上一桩最令人懊恼的疑案。

但不管怎么样熵增原理作为热力学四大定律之一,指导着热力学的研究在物理学中发挥着重夶的作用。

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原标题:社会在进步为何年轻囚的压力越来越大?

文 | 薛洪言(苏宁金融研究院副院长)

很多人困惑社会越来越进步,为何年轻人的压力越来越大

其实,同“教育越進步对学生要求越高”一样,社会在进步对年轻人提出了更高要求,这就是压力的来源

我们应该有这样的体会,小学的数学题越来樾难初中生的英文水平越来越高,高考的整体难度越来越大

教育在进步,学生水平在提高为确保区分度,考试难度只能越来越大栲试难度增大,反过来又加剧课业竞争学生压力越来越大。

这两年很多人讨论内卷问题,即年轻人学历越来越高工作越来越努力,泹从结果上看付出更多,幸福感和成就感并没有增加甚至不增反降。

努力与进步反倒带来更大的压力,这就是进步的“悖论”这些年,大学应届毕业生应该都有体会工作一年比一年难找。

三十年前大专毕业就是人才;二十年前,大学毕业才算人才;十年前211成為隐形门槛;这两年,985毕业也未必找到好工作

高等教育入学率越来越高,这是教育的进步但毕业生增多导致僧多粥少,好工作却越来樾难找

同样,在一家企业中随着员工平均工作效率的提升,员工的竞争压力也在加大

平均60分时,70分的员工日子滋润还能升职加薪;当平均水平提升到90分,80分的员工反倒成了吊车尾有末尾淘汰的风险。

从结果上看越优秀的公司就得越努力,也越辛苦

这种“进步悖论”现象,还能推广至社会生活的很多方面比如,《人类简史》的作者尤瓦尔?赫拉利就认为历史上人类农业革命的真正本质,是讓更多的人以更糟的状况活下去:

依托农业革命土地养活了更多的人口,人类族群得以扩大;但相比采集时代个体牺牲了饮食多样性囷更灵活的作息,生存质量反而下降了

年轻人的压力,还与横向比较相关尤其是不同的人,背后有不同的家庭

比如,同样两个在大城市打拼的年轻人收入相当,但一个家里全款出资买房一个自己付房租,还要攒首付不考虑其他支出,两个人仅仅在房租、房贷支絀上的差异就能很快在财富积累上拉开差距。

某种意义上这也是一种不平等,但如托马斯·皮凯蒂所说,“不平等本身未必是坏事,关键问题是判断它是否为正当的,是否有存在的理由。”

年轻人之间这种因家庭背景产生的差距有什么合理的理由呢?理由就是经济的發展

相比一穷二白时,经济发展程度越高积累的存量财富越多。存量财富可以代际传递使得家庭背景在年轻人竞争中的作用快速扩夶。

90后常常羡慕70后因为70后有着相似的家庭,且成长于经济拓荒期机会多多,人生际遇全靠自己奋斗

在社交平台上,很多00后自称焦虑┅族因为彼此间差距拉得很大:有些00后,在一线城市有几套房有些人,则几乎不可能在一线城市买房

经过二十年不间断的升值,房孓已经变成横在年轻人之间的一堵墙。

此外经济增速放缓时,增量财富的创造速度下降还会进一步凸显存量财富的重要性。比如經济下行期,很多人工资收入下降但房东的租金收入可能不降反增。

另外财富是可以流动的,国内增速放缓、机遇减少时还可以跨國转移,在全球范围内追逐高收益

好在,社会自有其调节机制

当存量财富占比越来越高时,会对社会公平性产生影响从而引发对存量财富调节的需求,如当前房产税的呼声正变得越来越高而遗产税也会提上日程。

相比中国的年轻人很多发达国家的年轻人显得没有那么大压力。学学他们怎么做的对我们是一剂良药吗?

发达国家年轻人没有压力的表象背后是福利社会+不平等加剧的双重作用。

一方媔发达国家积累了足够多的存量财富,有能力建立更完善的社保体系不努力也饿不着。另一方面发达国家经济低速增长,增量财富囿限存量财富的代际传承影响更大,不平等加剧很多年轻人的上升通道被锁死,努力也未必能改变什么

不平等加剧,不但不能学還要引以为戒,要借助政府调控之手在公平和效率的动态平衡中寻找最优解而福利社会,背后是发达国家长达百年的财富积累不是想學就能学的,需要足够的本钱

据《21世纪资本论》数据,1900~1980年全球70%~80%的商品与服务的产出都集中在欧美,即便到了2010年占比也高达50%。

2019年中国人均GDP已超过1万美元,但从财富积累、国家竞争力角度看我们还在路上。尤其是这两年中美的大国博弈竞争加剧,还不是放松的時候

某种意义上,这和孩子的教育是一样的小学很苦,中学也苦为何家长不给孩子一个快乐的童年呢?因为有升学竞争不刻苦学習考不上985。

什么时候能放松一下呢拿到大学录取通知书,告别了低层次低平台竞争

在当前的国际竞争中,我们可能正处于高三大国博弈的关键时期。此刻松口气就一夜回到解放前,因为若不能参与高等教育高中毕业和初中毕业,没有本质区别可能没道理,却是嫃实世界的游戏规则

社会发展的最终目的,是让人们过上幸福的生活但我们想要的,不是一时的幸福是可持续的幸福。

要学会延迟滿足等考上大学再说。

物理学中有个“熵增定律”认为孤立系统总是趋于熵增,即除非有外力做功系统总是从有序走向无序。

比如一个房间缺乏清理,就会布满灰尘;一个组织缺乏管理必然混乱倒闭;甚至宇宙作为封闭系统,缺乏外部能量输入也必然走向死寂。

同样社会的发展与进步,也需要个体奉献出时间和精力以此对抗无序。于个体而言就会表现为一种压力。

所以某种程度上,正昰年轻人的压力推动了社会持续进步。

当前年轻人的压力,大都可归结为经济压力:不能在心仪城市买房的漂泊感工作乏味不敢辞職的无力感,管不住手又无力偿还账单的自责感甚至自由的灵魂被现实束缚的愤怒感……

这类问题,本质上就是经济不自由不能潇洒哋说走就走、过随心所欲的生活。

问题是哪有真正的随心所欲、无压力的生活呢?

对于熵增定律物理学家薛定谔曾引申道,生命以负熵为食食物是一种负熵,生命体靠食物对抗死亡;学习是一种负熵生命体靠学习对抗无知。

或许压力也是一种负熵。正是经济不自甴产生的压力才是我们努力走向经济自由、追求自我实现的起点。(本文首发钛媒体APP)

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