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熱力學的熵能推翻進化論嗎?

雖然我可能不會得到這個問題的答案,但是我還是想問。熱力學中的熵認為宇宙正在變壞,而進化論則認為宇宙正在變好,誰能解釋一下這個矛盾。

很多人提出這個矛盾來試圖證明進化是不可能的。然而,提出這個想法的人是因為對熱力學第二定律的錯誤理解,實際上,進化論與任何已知的物理定律都沒有矛盾。

圖解:熔冰——增熵的經典例子,1862年被魯道夫·克勞修斯描寫為冰塊中分子分散性的増加

簡單地說,熱力學第二定律認為封閉系統的熵將會隨著時間的增加而增加。「熵」是具有精確物理定義的術語,但是對於大多數情況來說,我們可以將它等同於「混亂」。因此,熱力學第二定律從根本上說,隨著時間的流逝,整個宇宙變得更加混亂和無序。

圖解:魯道夫·克勞修斯——最早提出「熵」這個概念的物理學家

然而,熱力學第二定律最重要的一點是它只適用於封閉系統,而封閉系統沒有任何東西可以進出。只要一部分的封閉系統變得混亂,第二定律不會阻止剩下的的封閉系統變得有序。

在我們的日常生活中,有許多實例可以證明,我們可以創造秩序!比如,人利用一堆木頭和釘子來建造房子,這時,木頭和釘子會變得更加有序,但是在建造建築物時,人產生了熱量,而熱量增加了整個宇宙的熵。

再舉一個沒有人工干預的例子。當室外天氣變冷時,冷空氣中的熵比熱空氣的熵少,因為分子的運動距離不大,並且可以放置的位置更少,此時它的「有序性」更高。所以,即使宇宙局部的熵減少,但是只要其他地方的熵增加,就不會違反熱力學第二定律。

一般來說,大自然能夠在不違反熱力學第二定律的情況下,在局部從無序中產生秩序,而這正是進化所需要的。

進化簡單地說就是,生物體偶爾會發生隨機的基因突變,從而導致它具有和其先輩不同的特徵。雖然這些突變是隨機的,但如果在封閉系統中發生基因突變,就可能會增加整個種群的「熵」。也就是說,大多數的基因突變會產生「有序」的簡單的個體生物,而僅有一部分基因突變會產生更複雜的個體生物。總的來說,生物的複雜性降低了。

但是,進化並不是在一個封閉的系統中產生的,而是需要藉助外部力量,也就是自然選擇。這個觀點是說,也許存在某種環境影響,使得具有特定基因突變的生物更容易生存,並將其基因傳給下一代。因此,隨著世代的流逝,物種的基因庫變得越來越複雜,但只有當基因庫與外界互動時,這種情況才會發生。通過這種相互作用的過程,會產生某種形式的熵,從而增加整個宇宙的熵。

如果以上的內容太深奧,我們可以打一個簡單的比方:撲克比賽。在比賽中,拿到一手好牌比拿到一手壞牌的可能性要小,例如,獲得三張相同的牌的機率遠小於獲得兩張相同的牌的機率。因此,在撲克比賽中,大多數人將被視為壞手,只有少數幸運的人被視為好手。擁有好手的人更有可能獲勝並「倖存」到下一輪。因此,作用於撲克選手的撲克規則將傾向於選擇最好的,可能性最小的那位選手。

相關知識

熱力學第二定律(英語:second law of thermodynamics)是熱力學的三條基本定律之一,表述熱力學過程的不可逆性——孤立系統自發地朝著熱力學平衡方向──最大熵狀態──演化,同樣地,第二類永動機永不可能實現。

圖解:熱從熱水流向冷水。

化學及熱力學中所謂熵,是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。熵是一個描述系統狀態的函數,但是經常用熵的參考值和變化量進行分析比較,它在控制論、概率論、數論、天體物理、生命科學等領域都有重要應用,在不同的學科中也有引申出的更為具體的定義,是各領域十分重要的參量。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. curious- JLIN

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