為什麼有絕對零度？時間的流動居然源自於熱？

什麼東西是熱？

19世紀中葉，物理學家們還認為，熱是一種流體，叫做「熱質」，或者是兩種流體，一冷一熱。這種想法被證明是錯誤的。最終，英國的物理學家麥克斯韋和奧地利物理學家玻爾茲曼，發現了熱的本質。

他們發現，一個發熱的物體，之所以發熱，完全是因為他體內的原子運動的速度更快。所以，冷空氣之所以冷，是因為他的原子（或者說分子）跑得比較慢，而熱空氣之所以熱是因為空氣中的分子跑得比較快！

分子熱運動

這就解釋了我們的好奇，為什麼宇宙中，最高的溫度可以達到十億，甚至數十萬億攝氏度，而最低的溫度，卻僅僅只有-273.15℃？因為冷的物體中，原子跑得比較慢，如果慢到一定程度，所有的原子動能為0，再也不做隨機運動，這時候溫度就有了一個最低值！即絕對零度！

為什麼絕對零度不可能被達到呢！因為我們即使憑經驗也知道，熱量總是從熱的物體跑到冷的物體上的。一旦有物體達到絕對零度，一定會有更熱的物體給他傳送熱量，讓他高於這個溫度。所以絕對零度可以無限被接近，但永遠不可能達到。

那這裡就出現了一個問題，為什麼熱量總會從熱的物體自動的跑到冷的物體上呢？

這是一個非常關鍵的問題，因為他可能涉及到時間流動的本質。我們對於時間的認知，是他有著「過去」和「未來」，而且永遠朝著一個方向往前走。但如果不發生熱交換，會發生什麼呢？我們會看到的「現在」和「未來」將會是一模一樣的。舉個例子，一個鐘擺，如果沒有摩擦，這個鐘擺可以一直擺動下去，如果我把這個擺動給錄下來，不論是正著播放，還是倒著播放，我們是完全看不出來，是誰在前、誰在後的。這個時候，我們能分的清過去和未來么？但是一旦出現摩擦，有了熱交換，一切都不一樣了，鐘擺會微微加熱底座，損失了能量，速度也會減慢。我們就能很清楚的去辨別現在和過去。

時間之箭

換句話來說，只有存在熱交換，過去和未來才有意義。

可問題來了！為什麼熱量會從熱的物體，跑到冷的物體上呢？玻爾茲曼發現了其中的原因，這個原因讓我們大跌眼鏡：這完全是隨機的。因為從統計學的角度上看，一個快速運動的原子，更容易撞上一個冷的原子，而冷的原子更難撞上熱的原子。在這種情況下， 能量更傾向於平均分布。（看到這段話，是不是有些眼熟？沒錯，不久之後，偉大的克勞修斯就提出了「熵」）。所以，這完全是個概率問題！

可！等等！概率？你居然說概率？那個時代的物理學，追求的都是優美，都是確定性的理論。我們可以通過優美的牛頓定律，計算出星系的運動；可以通過麥克斯韋的方程組，知道磁場電場的流向！可輪到熱的時候，一切確定的推導都沒有，只有概率？概率是個什麼鬼？

將「概率」引入物理學的核心，直接用他來解釋熱動力學的基礎，這一做法起初被認為荒謬之極。1906年9月5日，玻爾茲曼在里亞斯特的杜伊諾鎮附近自縊而亡，到死都沒有等來自己理論被認可的那一天。

上帝不擲骰子

其實，這個概率的引入，是源自於我們人類對於世界的無知。什麼意思呢？舉個例子，愛因斯坦有一句很有名的話「上帝不擲骰子」。為什麼這麼說呢？因為上帝擲骰子跟人擲骰子完全不一樣。如果上帝擲骰子，在出手的那一瞬間，上帝就知道骰子的起始速度，旋轉的方向，空氣的阻力，地球的自轉，甚至空氣濕度對結果的影響。這些數值上帝都知道並且能夠精確的運算，所以在出手的那一瞬間，結果就已經確定了。可人擲骰子不一樣，這個信息我們無法得知，只能通過概率的統計來計算「6點」朝上的概率大概是1/6。所以熱力學也是，從概率上來說，原子碰撞時，熱量從熱的物體到冷的物體，比從冷的物體到熱的物體，概率大的多。而且隨著時間的推移，熱量更傾向於平均分布。

那麼我們清楚了，原子無規則運動，讓我們了解到了「熱」的本質。「概率」讓我們了解到了「熱交換」的本質。而熱交換能夠讓我們明確時間的「過去」和「未來」，了解了「時間流動」的本質。

可「時間的本質「是什麼？這個誰都不好作答，只能靠偉大的科學家們，繼續上下而求索。

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