迄今，人类已经发现了物质世界的各种各样的、大大小小的、许许多多的规律、定律，其中没有一个对物质世界的存在及其进化是不利的、有害的，惟一例外的是热力学第二定律，既特殊而让人难以抗拒，它或许还意味着我们这个宇宙悲凉的结局。
什么是热力学第二定律？
不可能从单一热源吸收热量，使之完全转换为功而不引起其他变化。（开尔文表述）
不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。（克劳修斯表述）
以上是热力学第二定律的两种的表述形式，看似两种形式，其本质却是一样的。
19世纪初期，蒸汽机在工业上已得到广泛的运用，但其效率不高。在研究如何提高效率的过程中，法国物理学家卡诺发现，蒸汽机的效率取决于机械内外的温度差。在蒸汽机的工作过程中，虽然能量是守恒的，但却无法将所有的热量转换做功。作为第一个发现这种数量关系的人，他被认为是现代热力学的奠基者。
惊奇事实：关于时间的不对称性
什么是关于时间的不对称性呢？简单来说，就是不能回到过去的那种状态。牛顿的经典物理体系关于时间是对称的：台球桌上小球的运动，用一台摄像机把这个过程拍摄下来，那么把视频倒过来放，同样满足运动的方程式。但是热力学第二定律则不一样，摩擦产生热，耗散到四面八方，把这个过程倒着放，你会发现热从四面八方汇聚一起，然后推动了运动！这是相当荒谬的。真空中的气体自由扩散很轻松就完成了，但如果你想把这些远走高飞的原子唤回来，却需要巨大的麻烦！我们烧掉一块煤，燃烧所得的能量不会消失，但我们却再也无法把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这些现象，它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们会得到“一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的“熵”。
现代统计力学认为，热是由概率性原子相互作用的结果。就拿上面气体扩散的例子来说，
对于n个分子，它们集中在A中的概率只有1/2n，对于1mol气体来说，这个概率为1/26*1023≈10-2*1023，这是微不足道的。平均来说，要在2n次观测中出现一次全在A中这样的情况，即使每秒观测108次也要102×1023秒，这个时间比现在估计的宇宙年龄1017（100多亿年）要大得多！这种情况实际上是观察不到的。
应该指出的是，这种定律并不适用于微观即一两个分子的情形，分子数目少的时候大有可能全在A或B中。
麦克斯韦的小妖：对热力学第二定律的质疑
热力学第一定律即能量守恒，很容易被人接受，但热力学第二定律却受到了众多质疑。物理学家麦克斯韦于1871年提出了这样一种情形，一个密闭的容器，分成左右两部分，隔板上有个开口。我们知道，气体温度是由其众多分子的平均动能决定的，同一种气体分子，运动得越快气体温度就高。麦克斯韦设想，在开口处有一个“小妖”在这里监视分子的运动，并控制开口的开关。起初两侧温度相同，由分子运动平均率可知，分子之间的速度是有差异的，当运动快的分子进入右侧、或者运动慢的分子进入左侧时，小妖便打开阀门让分子经过，反之，则关闭阀门不让分子经过。如此一来，经过一段时间之后，容器的右边便是运动快的分子，而左边则是运动慢的分子，由于温度反映的是分子的平均动能，因此右侧的温度显然比左侧高，如此一来，我们并没有对这个密闭容器中的气体做功，但是这个容器里的气体便自发地分成了高温和低温两个部分，这显然是违背热力学第二定律的。
应当说，在日常生活中，谁也没有见过这种现象，但是麦克斯韦的小妖又似乎难以驳倒，直到20世纪，人们才弄清楚麦克斯韦小妖并不能推翻热力学第二定律，原因就在于，小妖要想识别分子运动速度的快慢，就需要消耗能量，而且从信息论的角度来说，小妖为此花费的能量将多于它完成这种转移后系统增加的能量。因此，从总体的角度来说，要想完成这一过程，外界就必须消耗能量，整个体系的熵还是增加的。热力学第二定律依然未能被打破！
薛定谔的悖论：来自生物学的挑战
如果了热力学第二定律诠释出宇宙越来越混乱的趋势，那么，为什么生命的进化历程显示出越来越有序的趋势呢？1943年，奥地利科学家欧文·薛定谔(Erwin Schrodinger)在剑桥大学演讲时提出了这一悖论。这一悖论显示出了物理学与生物学之间的矛盾——生物体怎样才能抵制热力学的腐蚀？薛定谔推测，生物体一定是以某种方式在自己身上集中了一种整齐有序的趋势，他为这种趋势取了一个奇怪的名字——“负熵”。
生物体不能脱离物理和化学定律的制约，为了达到有序性就必须付出代价。最后的答案是，生命的有序性来自太阳。
地球上的生物圈并不是一个封闭的系统，它得到了太阳的能量。生命的基本过程是获取太阳的低熵、不同波段的光的能量，生命将光转变为生物体和热。获取、使用，以在某种程度上对来自太阳的光子的的高质量能量再循环。通过这些方式，生命获得延续和增长，形成作为宇宙垃圾的熵和热。如果生命是一个孤立的系统，那将是不可思议的。但它是一个开放的系统——这一点极为重要，进化所需要的日趋复杂需要低熵的太阳辐射的资助。
从生物的生存环境上来看这一点，就会更加明显。我们的“有序”，同时产生了更多的“无序”——尿、粪、汗、污染、垃圾和排出的二氧化碳都是人类生活不可避免的废物。作为一个开放的系统，我们必须抛弃物质和能量废物。对于生物体来说，要排除不再有利用价值的气体、液体和废物。站在生态系统的角度，排出的污物进入土壤或水域，在微生物的分解过程中，大部分散失，只有少量能量被重新利用。站在生物圈的角度，我们势必要污染全球共有的海洋，使火箭残余物进入近地太空轨道。大自然已找到了废物再循环进入生物体的方法，但它却无法躲避热力学的规则，即整齐有序地创造出全球的垃圾。
表面的有序，只是地球这个范围内的部分有序，在更大的角度看，地球的有序是以太阳有序的丧失为代价的。
热寂：世界的终结？
如果把这个系统扩大到整个宇宙的范围来看，那么就会得到这样一种推论，即，宇宙的熵会随着时间的流逝而增加，由有序向无序，当宇宙的熵达到最大值时，宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡。这种状态称为热寂。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。威廉·汤姆森（William Thomson）于1850年提出了这个理论，随后，热寂理论又由赫尔曼·冯·亥姆霍兹和威廉·朗肯（William Rankine）加以发展。
根据热寂的学说，宇宙的最终结局将是一片死寂，历经无数亿年艰难曲折一切进化成果都将被毁灭，一切存在过的历史和记忆都将被夷平。简而言之，证明宇宙存在的历史证据都将不复存在，这是什么意思呢？大到星系的运动，星球数目和位置，太阳系有的行星，以及在地球上的发生过的一切，人类文明——今后没有证据来证实这一切的存在。其实，毁灭其实并不是最可怕的，最可怕的是毁灭后还销毁掉了一切存在的证据。
所有的星体都将被毁灭，宇宙成为一片无生命的、毫无生机的、恒温的废墟。热寂理论持有一种悲观的色彩，这种色彩除了引来对未来充满信心的哲学家的批评外，也招到了科学界的质疑。天体物理学家弗里曼·戴逊(Freeman Dyson)认为，这个结论从宇宙论意义上讲是欠成熟的，因为我们的宇宙也许其本身只是一个更大的开放系统的组成部分。但是，在我看来，如果那样认为，那么我们也能把更大的系统包含进来，然后成为一个封闭的系统，在这个系统中达到“热寂”。
目前流行的大爆炸理论也对热寂作出解释，但这理论仍然是崇尚热寂的，只不过换过说法而已，该理论认为：对于一个静态的体系(或宇宙中的局部空间)总是趋于平衡态，但宇宙是膨胀的(看着气体膨胀),宇宙根本不能达到平衡态,所以宇宙不会出现热寂。
但是一些人认为大爆炸理论的上述解释是错误的,不论宇宙是膨胀、收缩或静态，宇宙都不会进入热寂。因为星体引力在引力方向存在温度坡度，可发生两种情形：①、如果一个星系原是热均衡态，温度处处相等，在星体引力作用下，热量将向引力中心转移，使引力中心温度很高，而外围温度很低；②、如果一个星体与周围已形成温度坡度，这温度坡度是由星体引力大小和星体物质的分子量决定的，当外界施给热量的影响时，引力将始终维持一定的温度坡度，即引力在一段高度内温度差是恒定的。虽然高温星体把热量辐射到太空中，是形成热寂的主要途径，但不论是气态、固态星体的引力应竭力维持一定的温度梯度，故都具有云集太空中热量的功能，实现了热量的回流，所以宇宙永远不会出现热寂。(百度百科)
参考资料：
1.《新版大学物理》吴百诗主编
2.《我的另一半 》What Is Sex？ 林恩·马古利斯、多里昂·萨根 /著
3.《熵——一种新的世界观》里夫金、霍德华 /著
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