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解读“熵”的奥秘,它是万事万物存在的基础

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太阳哺育地球上的生命,地球每分钟从太阳接收的能量达到10的15次方焦耳,其实绝大多数能量都被反射到太空了。

问题来了,如果吸收和反射的能量差不多,人类是如何使用能量的呢?

严格来讲,人类并不是使用能量这么简单,而是使用“有用的能量”,何为“有用的能量”?也就是“以低熵的形式出现的能量”。

熵,是衡量万物混乱程度的物理量,熵越低意味着越有序,而低熵的能量意味着有用的能量。

人类为了利用水能,都会修建大坝,而大坝后面的水就是有用的能量,因为那里的水会不停地流动,直到两端的势能相同,也就是能量相同。

还有其他现象也很常见,比如说在热水中的冰块会融化,直到温度达到同温。这个过程是不可逆的,你从来不会看到一杯温水在加热的过程中会变成一块冰块。

所以,我们平时利用的都是有用的能量,也就是低熵。比如说汽车发动机的转动需要低熵的汽油。

当然,这并不意味着高熵的能量就是无用的能量,只是很难被利用,通常会被遗弃掉,因为它们通常会以噪音,废弃的热量存在,我们很难去利用。

石油具有低熵能量,燃料起来可以推动汽车,但在燃烧的过程中也会产生废弃的热能,噪音等形式,这些都属于高熵,这些能量仍旧存在,但很难被我们再利用。

这种现象在我们日常生活中无处不在,最常见的就是太阳能。太阳能是有用的低熵能量,以光子形式发射出来,在地球上经过多重吸收之后,最后以高熵的形式辐射出去。

比如说,我们接收的是太阳发出的可见光子,每接收一个可见光子,就会向太空辐射20个红外线光子,也就是说,能量的熵提升了大约20倍!

上升到太阳的高度,我们为什么能利用太阳能?不单单是因为太阳在不断发光发热,更是因为太阳是在寒冷的太空中的一个发热的存在,如果整个太空的温度都与太阳差不多,虽然人类能接收到更多能爱那个,但很快地球就会达到高熵平衡,成为太阳般那样炽热的星球,届时我们再也没有办法利用能量。

不是因为没有能量可利用了,而是没有“有用的能量”了,因为所有能量来源都达到了平衡,万事万物都相对静止了,时间也不存在了,世界变得没有任何意义了!

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评论
李进林
庶吉士级
熵是衡量万物混乱程度的物理量,熵越低意味着越有序,而低熵的能量意味着有用的能量。
2022-09-24
初心 使命
少师级
不忘初心牢记使命
2022-09-23