科学世界2020年7月期杂志封面
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杂志简读
热力学第二定律的“漏洞”？
如果仔细研读热力学第二定律就会发现，它确定的是“在任何一个封闭且隔离”的系统中，熵一定会增加。换句话说，假设存在一个完全与外界隔离的盒子，任何物质都无法通过，热量、光线或任何其他形式的能量也无法穿越。那么，盒子内总是会降低秩序、失去信息。例如，清洁会变得肮脏，冷热不均的部分相融倾向于一个折衷的温度，任何富集的化学能都会耗散成一个均匀的中间状态。
但是，生命并不是封闭的盒子。它们会与周遭的环境发生相互作用。它们从外界收集信息与秩序，并向外部倾泻熵和混乱，以此为代价在内部累积秩序。生物似乎发现了一门表面上可以逃避一般规律的技艺。
那么，为什么非生物不能利用热力学第二定律的这个“漏洞”来降低自身的熵呢？为什么刀总是越来越钝、机器总是越用越磨损呢？对非生物来说，与外界的相互作用似乎反而更容易带来损害。但生物却可以利用与外界的交互作用来生长发育并提升复杂程度。
一个答案是：许多机器的设计目的是完成一项工作，而不是降低熵。实际上，有一种专门设计来降低熵的机器，那就是冰箱。冰箱压缩机的作用是从内部向外部“泵出热量”，随着室温变暖，冰箱内部可以更冷。但这一“交易”依然被热力学第二定律“征了税”，它来自于进入马达的电流和从中释放的热量。从整体上看，房间与冰箱组成的系统是熵增的。房间的熵（和温度）增加了，其增加的程度大于冰箱内部（在变冷过程中）的熵减程度。“税”就是在流入的电流转变为热量的过程中被征收的。电是低熵的能量源。在能量大小相同的情况下，房间内的热量却包含多得多的熵。
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