在我们日常生活中，经常遇到一些无法逆转的情况，比如把牙膏重新挤回管子里、将蒸汽的分子重新聚合成水，这些问题都与热力学中的第二定律即熵定律有关。在一个封闭系统内，熵总是倾向于增加。因此，随着时间的推移，宇宙整体的无序度增加，导致了一种不可逆的混乱状态。今天，就让让我们深入了解下这个神秘的概念。
热力学，在工程学、自然科学、化学、物理学还是经济学等各个科学领域都非常重要，在热力学中，孤立系统指的是一个特殊的系统，它是完全封闭的，既不允许能量的进出，也不允许物质的交换。
热力学的第一定律与能量守恒有关
在一个孤立系统中，能量保持不变，这意味着能量既不能被创造也不能被销毁。然而，能量会不断地改变形式，例如，火热可以将植物中的化学能转化为热能和电能，电池可以将化学能转化为电能。这样，世界变得越来越无序。
热力学的第二定律，也被称为熵定律，是自然界中最重要的定律之一。热力学熵是衡量封闭系统中无序程度的一个度量。根据第二定律，当系统的熵增加时，内能通常也会增加。如果能量没有被有效利用，热能会扩散开来。由于熵的度量基于概率，理论上来说，系统的熵偶尔也有可能减少，但这在统计学上一般是不可能的。
熵的定义涉及到孤立系统中无序程度的衡量
虽然我们很难找到一个完全不允许能量进出的系统（我们的宇宙是一个例子），但熵可以描述大到宇宙这么大的系统，小到一个装满咖啡的保温瓶系统中发生的无序程度。这种能量扩散的倾向通常通过温度来表示。
以一个装满热咖啡的保温瓶为例，当热咖啡倒入保温瓶时，保温瓶的熵会增加。当热能逐渐减少时，实际上也会伴随着熵的增加，因为热能传递超出了保温瓶。最终，保温瓶将达到热平衡，与周围环境的温度保持一致。
然而，熵与我们通常理解的无序不完全相关。例如，如果你将一群黑猩猩锁在厨房里，熵更多地与在这个厨房中可能发生的不同混乱状态的数量相关，而不是它的无序程度。当然，熵取决于许多因素，包括黑猩猩的数量、厨房中存储的物品数量以及厨房的大小。
因此，如果你看到两个厨房，一个非常大并且摆放着许多物品，但非常整洁；另一个较小，物品较少，但被黑猩猩弄得一团糟，你可能认为后者更加无序，但这并不一定是正确的。熵更关注的是在一个系统中可能发生多少种不同状态，而不是它目前的无序程度。因此，如果一个系统中存在更多的分子和原子，它的熵也会更大；如果有更多的黑猩猩，熵也会增加。
熵是一个非常令人困惑的概念
实际上很少有人真正理解。概念本身非常复杂，部分原因在于熵的不同类型。例如，负熵、过剩熵、系统熵、总熵、最大熵和零熵等等。匈牙利数学家约翰·冯·诺伊曼感叹道： 「在讨论中使用‘熵’这个术语的人总是赢家，因为没有人知道熵到底是什么，所以在辩论中总是占有优势。」
对于熵的定义可能因不同学科的使用而有所变化，所以如果你感到困惑，不必感到难过。19世纪中叶，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯在研究蒸汽机效率问题时引入了熵的概念，以帮助衡量无法转化为有用工作的无用能量。
几十年后，另一个「熵的创始人」路德维希·玻尔兹曼使用熵的概念来解释大量原子的行为。尽管描述一杯水中每个粒子的行为是不可能的，但当它们被加热时，熵的公式仍可以用来预测它们的集体行为。
美国物理学家E.T. 杰恩斯在20世纪60年代将熵解释为我们所缺失的信息，用来描述系统中所有粒子的运动。例如，一摩尔气体包含着6 x 10^23个粒子，因此描述每个粒子的运动是不可能的，所以我们采用了一种次优的方法，不是通过每个粒子的运动来定义气体的状态，而是通过温度、压力和总能量等总体属性来进行描述。我们在这个过程中失去的信息称为熵。
熵的概念对科学非常重要
20世纪科学家阿瑟·爱丁顿认为，熵的理解对科学至关重要。他在1928年的【物理世界的本质】一书中写道： 「熵总是增加的定律，在自然法则中占据至高无上的位置......如果你的理论与热力学第二定律相悖，我无法给你任何希望；只有在极度的悲伤中才会崩溃。」因此，熵不可忽视，它的存在给我们的宇宙带来了无法逆转的混乱。因此，尽管现在对熵的理解仍然充满了挑战，但是却变得更加有趣，
