《深奥的简洁》1.混沌中的秩序

首先我们讲混沌的建立。很早很早以前,人们认为说这一切宇宙当中所发生的事情,哪怕有一些意外都是上帝的安排,包括牛顿遇到自己没法解释的问题,他也会把它推给上帝。牛顿有一个重大的问题没法解决,就是直到今天,这个问题都没法通过数学来解决,叫三体问题。

深奥的简洁读书笔记

就是两个球碰撞的时候,我们是可以通过牛顿的力学来计算;但是如果是一个完全光滑的台球撞向两个挨在一起的台球,这时候撞击以后,这三个球朝哪个方向分散,根据现在的牛顿力学是没法计算的。

所以如果宇宙在运行的过程当中,当时有很多人在争论,说你不是都已经研究出来了这个宇宙的轨道吗?那如果这个轨道发生了偏差该怎么办?牛顿的答案是说,如果发生了一些偏差,上帝可能会把它放回原位。这个事情招致了莱布尼兹的嘲笑,因为莱布尼兹大家都知道,跟牛顿是死对头——如果你们听过《机械宇宙》的话。你会知道莱布尼兹嘲笑牛顿说,牛顿的上帝是一个拙劣的钟表匠,就是他竟然造出一个整天需要维修的宇宙,不是一个合格的钟表匠。

由于这个三体问题没法解决,那你想想看,更多的颗粒集中在一起的状况就更没法解决。人们那个时候发现说,空气其实是由大量的颗粒组成的,空气由分子组成的,那么这一个袋子里边会形成气压。这个气压是怎么来的呢?就是有大量的空气分子在不断地碰撞,一个火柴盒大小的容器里边大概会有10的22次方个空气分子。这些空气分子在不断地碰撞,不断地碰撞不断地挤压,那个次数就更加难以计算,从而形成了对周围的气压。

那你想想看,如果三体的问题都没法计算的话,这个10的22次方的这个问题该怎么计算?就更没法计算。所以到这个时候你会发现,通过经典力学来计算这些微观世界当中所发生的事情是不可能的,于是统计力学该上场了。

统计力学上场之后就给我们带来了首先是热力学第一定律和第二定律,什么叫热力学第一定律呢?能量守恒定律也被称为热力学第一定律,它宣称在封闭的系统中,也就是不与外界产生任何作用的系统,能量总和是不变的常数。但如同我们所见,在制造加农炮管的过程中,没有完美的功与能的转换,热会以副产品的形式出现。

所以某些能量会在转换过程中流失,由于热总是由高温流向低温处,所以最终一个封闭系统中,所有能量将转换成热,而温度的差别会消退,形成一个平淡无趣的状态,这个热总是从高温的地方转向低温的地方,这个实际上就是热力学的第二定律,也就是我们所说的熵增定律。

因此根据这两个定律,1860年的时候,鲁道夫·克劳修斯提出了熵这个概念,熵是干吗的呢?就是用来度量混乱程度的。你比如说这个屋子,在我们开始进来之前是很整洁的。但是由于人进来了,这里边产生了能量的交换,然后它就变得越来越乱,这就是一个熵增的过程。凡是收拾过家的人都会知道,这个家如果你不去管它的话,它就会不断地熵增,就混乱度会不断地增加。所以宇宙未来发展的方向是达到热寂,英文叫作heat death,就是到最后所有的这些能量,慢慢地转化成热量然后散发掉,最后变成一个苍凉的宇宙。

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