为什么在我们物理规则当中,破坏一个物体比建设一个物体容易,宇宙中有没有相反规则?

这个问题看似简单,其实涉及到我们的宇宙是怎样搭建的,以及运作运作中最深沉的物理规则。这里我的答案只能算是抛砖引玉吧。

破坏容易建设难

”破坏一个物体比建设一个物体容易”。

确实,我们在生活中经常遇到这样的事情:辛苦搭建的多米诺骨牌,一不小心就会土崩瓦解;

把黑芝麻和白芝麻分开要费很多功夫,但是反手就很容易混在一起;

沙滩上的城堡花了小朋友一下午的时光,可惜一个细浪过来城堡就会面目全非。

。。。

这些现象背后其实隐含着一个基本的自然原理→“熵增原理”。

熵增原理

在我们宇宙中,有各种基本规则和原理,决定着宇宙怎样运行、怎样变化,比如能量守恒原理,质能转换规则等等。大部分这些基本规则都是等式,但是熵增原理却是一个不等式,十分神奇。

什么是熵增原理呢?

热力学系统从一个平衡态到另一平衡态的过程中,其熵永不减少:若过程可逆,则熵不变;若不可逆,则熵增加, 即 ?s>0

熵增原理是大名鼎鼎的热力学第二定律的一个推论。后来大科学家玻尔兹曼对熵进行了具有深远意义的微观解释:

熵是系统微观粒子的无序程度的度量

系统越无序,越杂乱,系统的熵越大。

这样就把系统熵这一概念引入信息论、生态学、宇宙学等其他广阔的领域。

玻尔兹曼的墓碑上刻有熵的公式

系统从无序到有序要付出代价

熵增原理通俗来说:

在一个孤立系统中,熵总是自发增加的,即系统内的无序度总是增加;如果要使系统的熵减少,系统更有序,就必须要对系统做功,以减少熵,增加有序度。

举个例子:

你的房间,如果看作一个孤立的系统的话,房间的熵总是自发增加的,也就是房间会越来越乱。要让房间的熵减少,变得整洁,那就必须对房间做功,也就是要花功夫打扫卫生,收拾房间。

想想看,大家通常花了很多力气收拾好屋子,但是只要随便弄乱几样东西,房间就会变得很乱→这就是房间的无序度更容易增加了。

明白了熵增原理,就很能解释为什么破环一个物体比建设一个物体容易了。因为,破环一个物体更容易造成系统的无序度增加,而建设一个物体是从无序到有序,是熵减少的过程,更难!

再举个例子:

生产一辆汽车,需要许多的零部件。要把这些部件组合在一起(无序的初始系统),成为一辆工作的汽车(一个有序的系统),就需要工人去把部件装配起来,也就是对系统做了功从而使系统的熵值减小。

再说,要让汽车正常工作,需要所有的零件都好好工作,但是往往只是一两个零件的损害,整个系统(汽车)就不工作了。这也是典型的“破坏容易建设难”的例子。

所以建设一个物体比破坏一个物体更困难,是由这个宇宙的一个基本规则,熵增原理,所决定的。

这个宇宙的熵增,是别处的熵减

很早以前的先贤、哲学家、科学家就已经意识到这个宇宙的基本现象了。

“天之道,损有余而补不足”

“由俭入奢易,由奢入俭难”

这些都是熵增原理的不同表现形式。

人类从这些对世界的观察中归纳、总结出了热力学定律,并推论出熵增原理。

所以严格说,熵增原理只符合我们人类目前所能够观察到的宇宙!

这很重要!

因为在宇宙遥远的别处,存在人类还没有观测了解的空间,也许其基本物理规则跟我们已知的宇宙是不一样的。在那些世界中,起作用的不是熵增原理而是熵自发减少的原理!

破镜重圆不是梦

在那样的世界里,一切都是井井有条的,要对一个系统做功才能将其变成无序的系统。

破碎的镜子会自动变完整;

杂乱的房间会自发的变得整洁;

混在一起的黑白芝麻轻易就自动分开;

总之,在那样的世界里,破坏一个物体会比建设一个物体更难。

这就回答了题主问题的第二部分:确实存在相反的规则让破坏物体比建设物体更难

我不能想象那样的世界到底是多么神奇或者多么怪诞,但是我愿意相信那样的世界一定存在,就像我们现在生活的宇宙一样真实不虚!

总结

  • 熵增原理使我们已知的宇宙更容易变得无序
  • 破坏物体使得系统的无序度增加,所以要比使无序度减少的建造物体更容易
  • 在未知的地方可能存在相反的熵减规则

好了,这个问题目前就回到到这里。希望能对你有所帮助。

限于篇幅,很多相关的内容,比如熵的涨落,自发熵减,耗散结构和自组织等等没有在这里涉及。

欢迎大家留言讨论!

任何事情都是构建比破坏更难。我们可以随手而为打碎一面镜子,却需要花费无限心力去修好一面镜子。从物理学看来,所有的一切都是因为我们生活在一个“熵增”的宇宙。建构一个物体是“熵减”,破坏一个物体是“熵增”,宇宙随着熵增的河流变化,顺流而下永远比逆流而上轻松。

“熵”到底是什么?

熵绝对是物理学界最有趣,且最抽象的一个概念。宇宙是熵增的,这是由热力学第二定律推导出来的。

克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。开尔文表述为:不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。熵增原理:不可逆热力过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。

熵看似来源于热力学,但其本质其实体现的是统计学原理,描述得是一个封闭系统的整体混乱程度。

这个系统似乎可以成任何东西,所以让“熵”成了这个宇宙最核心的一个概念,可以和许多理论进行结合。爱因斯坦更是笃信“如果我们现在已知的理论可能被推翻,唯有热力学第二定律永远不会被推翻。而如果一个新理论违背了热力学第二定律,我敢说这理论没救了。”

这就是“熵”对于我们这个宇宙的统治力。为什么热力学第二定律如此神圣?熵增是如此不可避免?

追踪溯源

1824年,萨迪·卡诺出版了《关于热的动力思考》。他在书中揭示了理想的热机效率理论,热机就是那个时代的一种理想的蒸汽机。它可以将热能转化为机械能,其大致工作原理就是制造两个不同温度的热源,然后运用卡诺理想中的热能与机械能的循环原理,简称卡诺循环,其过程中将不会产生无用功。

对,这就是一种“永动机”构想。现实中低效的发动机都将慢慢地耗尽温度差,降低热流,最终熄火。所以卡诺注定无法成功。

半个世纪后,鲁道夫·克劳修斯受到了卡诺的启发(错误的理论只要能引发人类的思考,一样具有价值,所以别害怕犯错),量化了这种热能会随时间消耗的趋势,进而提出了“熵”的概念。“熵”被克劳修斯定义为一种内在属性。数学式简单的表达就是,熵=变化的热量÷热力学温度

而卡诺循环成立的核心就是系统的总熵不变,但事实上这种情况无法做到,熵会增加。“熵”的增加就意味着两个热源正趋向于同一温度,从而降低做有用功的能力。本质上来说,“熵”就成了一种衡量系统能量的均匀分布情况的指标。能量分布得越均匀,用处就越小。由于认知的有限,当时人们对“熵”的理解仅仅是从热流的角度来考虑,热被认为是一种物质流体。

统计力学的诠释

而后一场统计力学革命,才真正揭示了“熵”的本质。路德维希·玻尔兹曼创立的统计力学起源于他的气体运动理论。该理论将热力学行为解释为牛顿运动定律下微小粒子个体运动的总和结果。而统计力学其实就源于“排列组合”的简单想法,给你一定规模的观察量,它们会多少种组合方式?这些都是由微观粒子的排列位置、速度等微观态来决定,而温度、压力、体积和数量这些热力学定义则是微粒子大规模宏观特性特定组合的宏观态

一种宏观态下,可能存在大量不同的微观态。最核心的一个观点是:如果一个系统自行运行,根据物理定律 ,最终会尝试所有可能的微观态。正是这个原因,一些有价值的微观态永远占少数,大多数都是混乱的无用状态。如果在随机的时间点上观察这个系统,系统将从众多可能的微观态中随机呈现出一种,并体现出其对应最一致的宏观态。

一个系统内的热力学现象,主要是由空间内的能量分布来决定。能量的分布的情况决定了这个系统的热力学性质。当一个系统自动运行足够长时间,系统中的粒子和能量在所有可能不同形态的呈现中,绝大多数可能的能量分布会使系统非常接近一个宏观状态,就是热平衡状态。

总之,统计力学阐述了大规模系统特性,能与热力学的计算数值完全一致。但这与熵有什么关系呢?

玻尔兹曼给出的回答是:“熵”=体系的符合宏观态的微观态个数的对数×玻尔兹曼常数,即S=klnΩ(体系微观态Ω是大量质点的体系经统计规律而得到的热力学概率,玻尔兹曼常量k=1.3807×10-23J·K-1)。

当然由于涉及统计学的一些计算,普通人看到这,还是一脸懵逼。但为什么要提这个呢?其实是为了改变一个大家对“熵”的一个普遍误解。比如,经常以“房间从有序变得无序或者变得凌乱来比喻“熵增”,其实这和“熵”还真没多大关系,主要还是你懒。

秩序与低熵状态还是有区别的。在热力学的“”中,也仅有一些会改变热力学的性质。热力学第二定律并不代表一种混乱的趋势,“系统熵值”与“粒子混乱度”并不是一一对应关系,只有一些特定的粒子排列才能改变熵值,排列组合一些单词或弄乱一间房,是满足不了玻尔兹曼方程的,也就无所谓“”。要深入理解这一概念,有兴趣可以去了解下“信息熵”。

总结

从统计学的角度来看,系统中能产生的微观态数量越少,熵值就越小;能产生的微观态数量越多,熵值就越大。而没有什么比系统的平衡状态,可包容的微观态数量更多的了,所以平衡态往往都是熵值最大。

为了达到“构建”的目的,必须引入外部的能量。你的想法,你的构思,你的劳动,在为你的系统构建“减熵”的同时,却在为另一个更大的系统“增熵”。而一座金碧辉煌的宅邸,你即便不管它,经历时间的洗礼也会腐朽。

这也是“熵增”带给宇宙的一种新见解。这些见解在宇宙基本定律中并未涉及,比如描述运动的牛顿定律还是量子力学都不关注时间走向。但脱胎于热力学第二定律的“熵增”却能清晰地描述了过去和未来,就好比给宇宙插入了一把时间之箭。

在这世界上,让建构比破坏更容易的物理规则是不存在的,除非你能逆了时间之箭。所以请珍惜你所拥有的,珍视你与别人共同所构建的一切平凡却美好的人和事,克制你所谓个性的率性而为。

伤一个人一两句狠话就够了,维修一段关系可能你要说一辈子好话。

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都没说到点子上,因为我们给予“建设”太多限定条件,但是给予“破坏”却只要求“损坏成任意状态”即可,也就是“双标”!把“破坏”定义为“摧毁性地改变物体现有形态和结构”,把“建设”定义为“遵循复杂规则地重建物体的形态和结构”,我们认为“把东西砸烂”就是破坏,假设我们把“破坏”加上一些列限定条件,你还会觉得简单吗?假设我们要求破坏(摧毁)一栋建筑,但是这个“破坏(摧毁)”的标准是: 混凝土不能超过10*20*30cm的大小且不能有粉末,钢筋必须每一段保持100cm大小且横截面要光滑平整垂直于钢筋,每块玻璃碎片都是等腰三角形,每块瓷砖要求完整不破碎,都是或者要求每一块建筑垃圾都是同类垃圾的分型,你看看这个容易不?

上天给天才安排独特的孤独及苦难,是为了给天才灵感,深度和坚强。对么?

破坏和建设是啥意思比较模糊,但是我姑且按照准确一点的语言来翻译一下,即物体似有某种内在禀赋,倾向于无序,以至于我们投入少许能量甚至不投入能量就可以增加无序度,而需要持续投入能量才可使其有序。简单来说,这就是熵增。

但是我并不是来科普热力学的。

我来举个反例,我们往虚空中扔一大大大大大大大坨气体,我们啥也不用做,就可以得到一个太阳,还白送一堆行星。太阳天天核聚变,也没见太阳碎掉。行星天天被陨石撞,也没见行星碎掉。

这是不是你要的建设比破坏更容易的例子?

反例必须有,比如黑洞,想增加他的质量至少有办法,想破坏他我是办不到。

破坏是没有规则的

这个问题其实是因为理解角度的不同引起的。就宇宙本身而言,是不存在破坏和建设这种对比的。

我们人类把想要完成的、需要的东西出现的过程叫建设,相反的叫破坏。而对于宇宙而言,不存在想要或者需要这样的情况,所以也就不存在破坏和建设的比较了。

题中使用了“破坏”一词,就表明了题主做判断的价值倾向。有了倾向性,任何判断将不再公正和客观。因为,我们眼前的世界,唯有运动普遍存在。而破坏,以及构建,不过是运动的不同表述方式。如题中所述,并非破坏就一定要比建设更容易。

人类花费巨资并耗费巨大的电力来打造一个粒子加速器,目的不就是用来“破坏”一个比较基本的粒子并进而研究这个粒子的结构和组成吗?这种破坏就是极端困难的操作。

描述一个普通的碳氢化合物燃烧过程,我们可以把破坏“碳氢化合物”的同时“建设”(形成)水和二氧化碳这两种物质的过程统一起来看,破坏,和建设,显然是一对儿联动互舞的精灵,充斥着整个宇宙的运动过程,始终相伴相随,从不分离单干。

在日常生活中,我们确实会发现破坏一个物体很简单,但建设一个物体很难,比如说打碎一个玻璃杯太简单不过了,随手扔在地上就可以了,但如果想把打碎的玻璃杯复原,几乎是不可能的,完全的复原是不可能做到的。

这种现象看似简单,其实暗藏着一个深奥的宇宙奥秘:熵!熵,简单说就是衡量宇宙万事万物混乱程度的尺度,而宇宙总是趋于熵增,也就是所谓的“熵增原理”,熵越高,意味着越混乱无序,反之熵低意味着有序。

而熵增原理表明,宇宙总是无情地从有序走向无序,没有人能阻止这个过程的发生,最直接体现在时间箭头上,时间箭头总是无情地指向未来,只有一个方向。

而宇宙从有序走向无序是从整体上来讲的,在某个局部某个特定时间短,当然也会出现熵减的情况,比如说我们的地球已经地球上的一切,包括人类自身,都是熵减的直接体现,人类已经其他生命体都是高度有序的,人类创造的文明,比如说飞机,汽车,手机,电脑等都是熵减的表现。虽然人类在局部能创造出有序的事物,但阻止不了整体走向无序的趋势,而且每当人们制造出有序的事物时,都不可避免地向周围环境释放出更大的无序。

熵增是大趋势,目前宇宙中并没有存在相反的规则,在自然条件下万事万物总会趋于无序。举个例子,在沙漠中,沙子几乎不可能在自然条件下在风的作用下创造一个城堡沙堆(或其他性状),理论上可能会发生但实际上是不可能的。因为无序比有序更容易!

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