圖上的公式,是克勞修斯版本的熱力學第二定律公式,也就是熵(entropy)的公式。
熵是個不好理解的物理概念,你可能在電影「天能」中聽過「逆熵」,或某位市長曾經說過:「最低能量,最大亂度,是宇宙運行的方向。」
但要 A 編說的話,熵就是:「錢包裡的錢錢沒有不見,只是變成你喜歡的形狀。」
可被利用的能量會自然(或人為)轉換成其他形式,像是燃燒石油驅動汽車,或是太陽核融合反應發出的光與熱。這些轉換後的能量,並無法自動變回使用前的狀態。(你各位阿,即便能量守恆也別想什麼永動機)
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如果錢包裡的錢錢都變成你喜歡的形狀,之後就只能吃土了。那宇宙中可被利用的能量都被轉化光了,會怎樣呢?
當然是「整個宇宙都要吃土」啦!這種宇宙結局稱為「熱寂說」,是其中一種「可能」的結局。
為什麼說「可能」?如果宇宙跟我一樣是個上班族,會去其他地方工作賺錢,那討論吃土就沒有意義。用物理的語境來說,必須確認宇宙是「孤立系統」,才有討論熱寂說的意義。(不然可以從其他地方搬能量進來)
而目前,宇宙是否為孤立系統,仍是一個有待討論的議題。
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#貼圖使用說明
所以,在使用這張「我就爛」貼圖前,請先檢查自己是否是「孤立系統」,確認自己「足夠邊緣」,沒爹娘沒朋友沒工作,才能正確地使用這張「我就爛」貼圖喔!
(並沒有,當你想擺爛就盡量用吧!沒人在意背後的物理意義。)
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好消息好消息~泛科學出貼圖啦🎉🎉
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#不是愚人節
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參考資料:
Wikipedia《熱寂說》、《孤立系統》、《熵》
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延伸閱讀:
既然「最大亂度」是宇宙運行終點,為什麼還要整理房間?
https://pansci.asia/archives/154169
《天能》裡那些有點難的物理學:一個「逆熵」的世界為何不合理?
https://pansci.asia/archives/190653
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【意志力考察之三:從熱力學的亂度(Entropy)來思考】
https://youtu.be/N0zhdMwD2Z8?t=11m13s
柯文哲這部演講影片我看了數十次,他從亂度引到生死觀的觀念很能引起我的共鳴,因為那正是我大學熱力學所學的東西。他說世間一切都是趨向最低能量,最高亂度,也就是△S≧0。理論上世間的一切是趨於愈來愈混亂,但我的存在是△S system<0。
△S total=△S system+△S surrounding≧0
也就是說個人的存在,雖然是△S <0,但我們活著勢必破壞環境,△S surrounding會變大,讓最終的△S total>0。所以我要存在,就必須得破壞這個環境,當有一天我無法存在了,所以我只好破壞我自己→死亡,讓△S total維持>0的情況。所以柯P從科學來看死亡的結論是:「存在之目的是為了破壞,當不能在破壞,只好破壞自己(死亡)。」
每次看都覺得柯P講得真好。讓我想好好想重新思考「亂度」的事。
要了解亂度,首先要了解能量。在這世上我們所見的每樣東西都有其能量。而相同能量的東西則以不同的樣貌呈現在我們眼前,就以我最愛的蛋糕來說吧!一個小巧可口的蛋糕,它的熱量可高的驚人哩,可要好幾個大波羅才比得上呢!他們的成份都是麵粉和水(當然還有其它成份,如、糖、蛋、酵母和一些香料…等,但這裡只以主要成份來做解釋)。麵包師傅花了許多功夫把麵粉和水烘培成蛋糕時,在烘培的過程需要施與能量,而這過程並不是什麼了不起的事,師傅只是把「能量」聚集成更精巧的形式,讓難以下嚥的、低密度能量的麵粉變成可口的、高密度能量的蛋糕。了解能量的概念之後,就可以能量來解釋亂度→「能量愈密集,亂度就愈小,能量愈散亂,亂度就愈大。」
舉個例來說:在一個「密閉」的房間裡,把它「獨立」在於其它的系統之外,它在自然情況下是由較小的亂度逐漸變成較大的亂度,然而強調其獨立且密閉,所以其能量是維持不變的。當然,這裡指的是在自然情況下,若有其它能量的介入,則亂度可能維持不變或變小。 現在我們想像,在這個房間裡,有一個蛋糕師傅、麵粉、水,還有許多做蛋糕該有的器具,而現在是下午的一點鐘,到了兩點鐘,經過師傅的手藝,散亂能量形式的麵粉和水變成精巧能量形式的蛋糕,然而,在兩點鐘時這個獨立且密閉的房間裡的總能量仍是不變的,但以在一點鐘那時的麵粉來講,它的能量被聚集了,它的亂度變小了,若以整個房間來說,它的亂度變大了。你也許會問,為什麼呢? 能量不是被聚集了嗎? 嗯!沒錯,但應該是說小部分能量被聚集了。 當麵包師傅在工作時,要花他的體力來揉麵團,要燃燒瓦斯來烘培,而這些,一般人認為所耗費的能量,其實就是把聚集的能量「轉化」成鬆散的能量,如師傅身上原有的體力代謝成熱量、瓦斯燃燒成水和二氧化碳。 由此可知,當有某種能量被聚集了,一定有某種能量被消耗了,也就是被鬆散化了。然而被鬆散化的能量一定比被聚集的能量還大。 因為不管怎樣,能量一定是趨於鬆弛的,也就是亂度一定是愈來愈大。這也是為什麼中國人把Entropy翻譯成「能趨疲」了。
雖然亂度變小在短時間內是可能的,但以時間的恆長性來說,每一系統的亂度一定是愈來愈大的。就如同上面那個房間裡,經過百年後,那個房間裡也只剩一具已朽的軀殼和空氣裡腐敗食物的氣味了,而此時的亂度自然比百年前大的多,然後逐漸趨於最大亂度。那能量呢? 自然不變。
若以日常生活中,我們每個人穿在身上的衣服來說。不管是機器或手工的衣服,在經過許多製衣的程序下,一件精美的衣服展現在我們眼前。當我們穿上它,就如我們現在身上的衣物,穿過幾次後,它會發皺、發黃、磨損,就算是此時此刻,若我們能以科學的公式在計算的話,它的亂度也在慢慢的增大,只不過很慢罷了。若下課後回到宿舍,我們洗完澡,把它丟進洗衣機裡,那時它的亂度增大的速度則快的多了。就算我們很愛惜它,把它擺在衣櫃裡,只是純粹欣賞的話,雖然可能到你離開人世的那天,它依然光鮮亮麗,你那知會不會突然有一天一場大火就把它燒成灰燼了呢? 不管怎樣,天底下的任何事、物,甚至人類本身都是趨向高亂度。
人若不進食,就沒有能量維持其本身,我們要維持住現在這一刻自身的樣貌,一個完完整整的人,不會像沙塑的人兒一樣,微風一吹就嘴歪鼻斜了,就算是堅硬的岩石所雕成的人形,只要沒有能量的維持,經由日晒雨淋,它也會偏向亂度較大的沙礫,最後變成小沙子。天底下任何的事物都經不起時間的考驗,除非有能量的維持。
我喜歡以人來做例子,因為科學本因人而生的。人們喜歡用「海枯石爛」來形容愛情的長久,但若愛情沒有「愛」來維持,也會趨向最大的亂度。
從人與人的關系來看,原本兩個互不相識的人,互相吸引成為情侶,在這個獨立的世界裡,他們的亂度是變小的,他們之間的能量密度是變高的。這也需要能量來維持,而這能量就是愛。在同樣的世界中,也就是在同一獨立的系統(世界)中,這兩人處在一種高能量的狀態,他們會常常手牽著手散步,而不再是各走各的,因為愛 ; 就算其中有一人不喜歡看電影,也會約一起去看同一部電影,因為愛 ; 就算其中有一人沒有早起的習慣,也會特地早起一起去吃早餐,因為愛。當兩人的愛消失了,維持他們之間的高密度能量形式的元素不在了,不看電影的那方不再進電影院,沒有早起習慣的那方也不再早起。他們之間的亂度愈來愈大,不再有熱烈的情感,只剩下平平淡淡的回憶。 你看,若要有經得起時考驗的愛情也需要有能量的維持啊!那就是「愛」的存在。
可見亂度不僅僅是熱力學課本裡的公式運算後所得到的數值而已,它可以解釋日常生活中的許多世務。當我們覺得自己愈來愈散亂時,沒錯,這是一種自然的現象,是宇宙間的法則,但……我們可以就這樣順其自然嗎?我們可以用自己意志力制止自己散漫的天性,就算我們的肉體會死亡,會趨於那最大的亂度,但我們每天仍然會做出一些事來,我們工作,我們求知,我們創造,而不是只是漫無目地的活著。雖然知道一切我們的所做所為都會消失(大多數的動物不像人可以用大腦理解到死亡的必然性),甚至自己本身也會變成紛亂的原子、分子,但我們仍會努力的追尋夢想,這也是人類與眾不同之處吧!
最大亂度最低能量 在 風傳媒- 【#陳東豪專欄】 「最低能量,最大亂度,是宇宙運行 ... 的必吃
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最大亂度最低能量 在 能量間的轉換與能量守恆-推薦/討論/評價在PTT、Dcard 的必吃
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最大亂度最低能量 在 Re: [問題] 討論一個熱力學觀念~ - 看板Chemistry - 批踢踢實業坊 的必吃
※ 引述《ISME0907 (ISME)》之銘言:
: ※ [本文轉錄自 post-b.test 看板 #1DnhOc0c ]
: 作者: ISME0907 (ISME) 看板: post-b.test
: 標題: [問題] 討論一個熱力學觀念~
: 時間: Sun May 8 23:26:28 2011
: G的變化 = H的變化 - TxS的變化
: 當G的變化 > 0,反應為自發性,屬放能反應
: 當G的變化 < 0,反應為非自發性,屬吸能反應
: 以上是一般書上的定義
: 我想問一下若當G的變化 < 0時
: 假設H的變化為10(吸能),而TxS的變化為20,而使G的變化為-10
: 這樣不就更定義上矛盾了?
: 所以吸能還是放能到底要如何決定呢?
大家一定都學過 事物會趨向於最低能量
熱力學第二定律卻說 凡事會趨向於最大亂度
這兩個說法的正確性是無庸至疑的
但似乎卻又充滿矛盾(能量愈低, 亂度應該會愈小才對)
其實 Gibbs free 的定義, 就可以解釋這兩句話的涵義
G = H - TS , (若是常溫下, 則 △G = △H - T△S)
H (enthalpy) 就代表了能量項對"自發性"所貢獻的程度
TS 則代表亂度的貢獻
G 就是總分啦 , G < 0 => 為自發程序
G > 0 => 為非自發程序
且 G值負愈多(值愈小) 代表自發性愈強
而所有程序就是在 能量愈低(△H負愈多) 跟 亂度愈大(T△S正愈多) 間找到平衡
舉個放熱反應為例 △H < 0
當然是放愈多熱, 愈有利於反應的自發 ( △G會負愈多)
但是當放愈多熱, 表示能量愈低,
系統的亂度必然也會變小 (T△S沒正那麼多了),
在總分(G值)來說就不一定是有利的了
反之亦然
吸熱是不利反應的自發 (△H > 0 )
但是若是因吸熱 => 能量提升 => 亂度變大
且 T△S對自發性的貢獻能夠彌補 △H 的損失
則該反應該是會自發的 (就是所謂的償熵效應 entropy compensation)
總之
以放熱反應來說, 充其量你只能說他是"有利於反應的自發"
因為還有亂度的貢獻度沒考慮到
至於是否為自發反應
就看總分 △G 啦
以上個人淺見 參考看看
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◆ From: 61.224.75.201
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