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热力学的熵能推翻进化论吗?

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虽然我可能不会得到这个问题的答案,但是我还是想问。热力学中的熵认为宇宙正在变坏,而进化论则认为宇宙正在变好,谁能解释一下这个矛盾。

很多人提出这个矛盾来试图证明进化是不可能的。然而,提出这个想法的人是因为对热力学第二定律的错误理解,实际上,进化论与任何已知的物理定律都没有矛盾。

图解:熔冰——增熵的经典例子,1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的增加

简单地说,热力学第二定律认为封闭系统的熵将会随着时间的增加而增加。“熵”是具有精确物理定义的术语,但是对于大多数情况来说,我们可以将它等同于“混乱”。因此,热力学第二定律从根本上说,随着时间的流逝,整个宇宙变得更加混乱和无序。

图解:鲁道夫·克劳修斯——最早提出“熵”这个概念的物理学家

然而,热力学第二定律最重要的一点是它只适用于封闭系统,而封闭系统没有任何东西可以进出。只要一部分的封闭系统变得混乱,第二定律不会阻止剩下的的封闭系统变得有序。

在我们的日常生活中,有许多实例可以证明,我们可以创造秩序!比如,人利用一堆木头和钉子来建造房子,这时,木头和钉子会变得更加有序,但是在建造建筑物时,人产生了热量,而热量增加了整个宇宙的熵。

再举一个没有人工干预的例子。当室外天气变冷时,冷空气中的熵比热空气的熵少,因为分子的运动距离不大,并且可以放置的位置更少,此时它的“有序性”更高。所以,即使宇宙局部的熵减少,但是只要其他地方的熵增加,就不会违反热力学第二定律。

一般来说,大自然能够在不违反热力学第二定律的情况下,在局部从无序中产生秩序,而这正是进化所需要的。

进化简单地说就是,生物体偶尔会发生随机的基因突变,从而导致它具有和其先辈不同的特征。虽然这些突变是随机的,但如果在封闭系统中发生基因突变,就可能会增加整个种群的“熵”。也就是说,大多数的基因突变会产生“有序”的简单的个体生物,而仅有一部分基因突变会产生更复杂的个体生物。总的来说,生物的复杂性降低了。

但是,进化并不是在一个封闭的系统中产生的,而是需要借助外部力量,也就是自然选择。这个观点是说,也许存在某种环境影响,使得具有特定基因突变的生物更容易生存,并将其基因传给下一代。因此,随着时代的流逝,物种的基因库变得越来越复杂,但只有当基因库与外界互动时,这种情况才会发生。通过这种相互作用的过程,会产生某种形式的熵,从而增加整个宇宙的熵。

如果以上的内容太深奥,我们可以打一个简单的比方:扑克比赛。在比赛中,拿到一手好牌比拿到一手坏牌的可能性要小,例如,获得三张相同的牌的机率远小于获得两张相同的牌的机率。因此,在扑克比赛中,大多数人将被视为坏手,只有少数幸运的人被视为好手。拥有好手的人更有可能获胜并“幸存”到下一轮。因此,作用于扑克选手的扑克规则将倾向于选择最好的,可能性最小的那位选手。

相关知识

热力学第二定律(英语:second law of thermodynamics)是热力学的三条基本定律之一,表述热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向──最大熵状态──演化,同样地,第二类永动机永不可能实现。

图解:热从热水流向冷水。

化学及热力学中所谓熵,是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数,也就是当总体的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指标。熵亦被用于计算一个系统中的失序现象,也就是计算该系统混乱的程度。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. curious- JLIN

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