为什么一切最终都会变得混乱？

这可以说是宇宙最基本的法则，但为什么呢？

空调通过冷却已经比周围环境更冷的区域来对抗局部熵的上升，但代价是在外部造成更多的混乱。

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如果你觉得世界正在变得混乱，那你是对的。如果这种感觉与政治和社会状况有关，你可能是正确的，也可能不正确，但在宇宙的时间尺度上，毫无疑问，秩序正在崩溃。它总是这样做。但为什么？

物理学家将系统中的无序程度称为熵。从技术上讲，它被定义为“测量系统或过程中无法做功的能量”。其他人将其称为系统中的随机性或无序性的量。不管怎样，结果都是一样的。 

热力学第二定律指出，孤立系统的熵不能减少。由于在完成任何工作时它也不能保持不变，这意味着熵在封闭系统中不断上升。由于宇宙几乎从定义上来说是一个封闭的系统，这意味着它的熵一定在上升。

回答其中的原因可能会引发这样的问题：宇宙的哪些特征是不可避免的，如果事情稍有不同，哪些特征可能会有所不同。这不是目前需要负责的事情，也许永远不会。尽管如此，公平地说，虽然我们可以想象一个宇宙，其中某些物理定律略有不同，有时甚至发现它们并不像我们想象的那样，但无序的趋势似乎是不可避免的。

物理学家阿瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）也许因首次证实广义相对论而闻名，他建议他的学生：“我认为，熵总是增加的定律——热力学第二定律——在自然定律中占据着至高无上的地位。 ”

“如果有人向你指出你所钟爱的宇宙理论与麦克斯韦方程组不一致，那么麦克斯韦方程组就更糟糕了。如果发现它与观察相矛盾——那么这些实验主义者有时会搞砸事情。但如果你的理论被发现违反热力学第二定律，我就不能给你希望了；除了在最深的羞辱中崩溃之外，别无他法。 ”

一个多世纪后，这句话被人们所铭记，因为虽然爱丁顿时代的其他物理学支柱已经倒塌，但这一支柱仍然屹立不倒。 

第二定律说了什么

刚接触热力学第二定律的物理学新手并不总能理解它的重要性，因为它的表述方式通常根本不提及熵。

表述该定律的一种常见方式是看似显而易见的陈述，即热量自然地从较热的区域流向较冷的区域。扭转这一局面是可能的——空调的运行原理是冷却室内空间，室内空间通常一开始就比排热的室外更冷。但要做到这一点，你需要投入大量的能源，这一点对于任何一个在开空调的夏天后收到电费账单的人来说都是显而易见的。

这一观察结果与熵的联系并不明显，但当我们添加该定律的另一面时，它开始变得更加清晰。并非系统中的所有热量都可以在循环过程中转化为有用功。没有任何发动机能够 100% 高效地将热量转化为其他形式的能源，更不用说超过这个效率了。 

低效率意味着更多的废热，这与更多的无序分子和更多的总熵是一样的。引擎可以增加系统内的秩序，但代价是在系统周围产生更多的混乱。

尽管热流和发动机效率的讨论似乎很抽象，但第二定律是其他领域熟悉的概念的一种翻译方式：天下没有免费的午餐。

在第二定律不适用的宇宙中，免费午餐将是普遍存在的。一个人从一次操作中获得的能量可能比输入的能量还要多。想象这样一种情况可能很不错，但对我们大多数人来说，它有一种直觉，即宇宙不欠我们一个生计，至少不欠我们一个生命。简单的一个。

并非所有人都接受爱丁顿的警告。每年，世界各地的专利局和物理部门都会收到声称发明了永动机的人发来的消息。其中一些工作是通过收集我们拥有的最接近免费午餐的东西，即太阳或其他外部来源发出的能量。这些并不违反第二定律，因为它们依赖于地球不是一个封闭系统的事实；它从太空接收阳光和宇宙射线并再次辐射出去。 

传入的能量可用于在地球上创造更多秩序：植物和进行光合作用的藻类已经这样做了很长时间，而我们的太阳能电池板才刚刚迎头赶上。然而，从更广泛的角度来看，在对抗无序的斗争中取得的任何局部进展都远远超过了太阳在融合分子产生热量时产生的增加的熵。

一台真正的永动机，不依赖外部能量，违反了热力学第二定律，因为如果我们建造足够多的永动机，我们就可以使整个宇宙变得更加有序，从而逆转熵的上升。无数人都曾尝试过，其中包括一些物理学界最伟大的思想家。 

爱丁顿提到的方程组的作者詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了一种微小存在的想法，后来被昵称为麦克斯韦恶魔，它可以通过对分子进行排序来创建永动机。尽管量子物理学继续使问题复杂化，但花了几十年的时间才证明这是不可能的。 

许多小人物声称在麦克斯韦失败的地方取得了成功，但实际上没有人成功。第二定律立于不败之地。

宇宙的最终命运仍然存在很多不确定性。一些模型认为第二定律可能不会永远统治我们。然而，在这个阶段，一切结束的最有可能的方式仍然是令人沮丧的“宇宙热寂”，所有能量均匀分布，熵压倒我们所有人。