1
00:00:06,785 --> 00:00:10,383
在化学和物理领域里
有一个非常重要的概念。

2
00:00:10,383 --> 00:00:15,233
这个概念可以解释为什么物理过程
会这样发生，而不是另一种结果：

3
00:00:15,233 --> 00:00:16,739
为什么冰会融化，

4
00:00:16,739 --> 00:00:19,059
为什么奶油会在咖啡中扩散，

5
00:00:19,059 --> 00:00:22,369
为什么空气会从穿孔的轮胎中泄露。

6
00:00:22,369 --> 00:00:27,039
这个概念就是熵，这是一个
让人很难理解的概念。

7
00:00:27,919 --> 00:00:31,739
熵通常被描述为不规则运动的量度。

8
00:00:31,739 --> 00:00:35,619
这是一个很方便让人理解的解释，
但却很容易产生误解。

9
00:00:35,619 --> 00:00:38,511
比如说，以下哪种情形
更加的无规则呢？

10
00:00:38,511 --> 00:00:43,269
是一杯碎冰块，还是一杯室温的水？

11
00:00:43,269 --> 00:00:45,193
大多数人会说冰块会更无规则，

12
00:00:45,193 --> 00:00:48,729
但是实际上冰块比水有更低的熵值。

13
00:00:49,089 --> 00:00:52,848
这儿有另一种理解熵的方法，
那就是通过概率。

14
00:00:52,848 --> 00:00:57,290
这个方法或许更难理解，
但一旦消化这个概念，

15
00:00:57,290 --> 00:01:01,260
你就会对熵有一个更深刻的理解。

16
00:01:01,260 --> 00:01:03,661
想象两个小块的固体，

17
00:01:03,661 --> 00:01:07,541
这两个固体都有六个化学键。

18
00:01:07,541 --> 00:01:12,481
在这个模型中，
固体的能量都存在化学键中。

19
00:01:12,481 --> 00:01:15,192
这些化学键可以被理解为
一个简单的容器，

20
00:01:15,192 --> 00:01:19,870
可以用来储存不可分割的
最小单位的能量，量子。

21
00:01:19,870 --> 00:01:24,071
一个固体的能量越高，温度就也越高。

22
00:01:24,601 --> 00:01:29,042
能量在这两个固体中分布的方式

23
00:01:29,042 --> 00:01:30,492
有无数种，

24
00:01:30,492 --> 00:01:34,302
并且这些分布方式都保证
两个固体加起来所拥有的总能量相等。

25
00:01:34,302 --> 00:01:38,502
每个分布方式都称作一种微态。

26
00:01:38,502 --> 00:01:43,341
比如说分布六个量子的能量在固体A中，
两个量子的能量在固体B中，

27
00:01:43,341 --> 00:01:47,162
这就有9702种微态。

28
00:01:47,832 --> 00:01:52,861
当然，这八个量子在两个固体中
还有其他的分布方式。

29
00:01:52,861 --> 00:01:57,653
比如说，所有的量子可以全都
分布在固体A中，而B中没有量子，

30
00:01:57,653 --> 00:02:00,602
还可以A，B固体各分一半量子。

31
00:02:00,602 --> 00:02:04,154
如果我们假设每种微态
发生的概率相等，

32
00:02:04,154 --> 00:02:06,794
我们可以发现有些能量分布

33
00:02:06,794 --> 00:02:10,313
发生的概率会高于其他。

34
00:02:10,313 --> 00:02:14,074
这是因为这样的能量分布
包含更多数量的微态。

35
00:02:14,074 --> 00:02:19,353
熵是每种能量分布状态的概率衡量。

36
00:02:20,143 --> 00:02:23,193
我们所观察到的是，

37
00:02:23,193 --> 00:02:26,773
能量在固体间最分散，

38
00:02:26,773 --> 00:02:28,824
熵值就最高。

39
00:02:28,824 --> 00:02:30,344
所以总体而言，

40
00:02:30,344 --> 00:02:34,763
熵可以被想成
能量分散的一种衡量指标。

41
00:02:34,763 --> 00:02:37,893
低的熵值表明能量是集中的。

42
00:02:37,893 --> 00:02:41,623
高的熵值则代表能量是分散的。

43
00:02:41,623 --> 00:02:45,765
为了理解为什么熵的概念
可以解释自然发生的过程，

44
00:02:45,765 --> 00:02:48,075
比如说热的物体会冷却，

45
00:02:48,075 --> 00:02:52,264
我们需要理解能量流动的动态系统。

46
00:02:52,264 --> 00:02:54,785
实际上，能量不会静止不动。

47
00:02:54,785 --> 00:02:58,065
而是会不停地在相邻的化学键中移动。

48
00:02:58,655 --> 00:03:00,206
随着能量的移动，

49
00:03:00,206 --> 00:03:02,785
能量的分布也会随之改变。

50
00:03:02,785 --> 00:03:05,085
由于微态的分布，

51
00:03:05,085 --> 00:03:09,836
能量极大程度分散的

52
00:03:09,836 --> 00:03:13,155
分布概率有21% ，

53
00:03:13,485 --> 00:03:17,247
13%的概率能量分布
会回到最初的状态，

54
00:03:17,247 --> 00:03:21,917
固体A能量增加的概率是8%。

55
00:03:22,707 --> 00:03:26,935
别忘了，我们看到这种现象
是因为分散能量的分布方式更多，

56
00:03:26,935 --> 00:03:30,026
所以我们更有可能观察到高熵值，
而不是能量集中的低熵值状态，

57
00:03:30,026 --> 00:03:32,478
能量更倾向于分散。

58
00:03:32,478 --> 00:03:35,509
这就是为什么如果你把一个
热的物体放在一个冷的物体旁，

59
00:03:35,509 --> 00:03:39,660
冷的物体会变热，而热的物体会冷却。

60
00:03:40,190 --> 00:03:41,867
但即使是在刚刚的例子里，

61
00:03:41,867 --> 00:03:47,006
还是有8%的概率热的物体会变得更热，

62
00:03:47,006 --> 00:03:50,487
那为什么这种事情从来都
没有在现实生活中发生过呢？

63
00:03:51,317 --> 00:03:54,017
这是因为系统的尺寸。

64
00:03:54,017 --> 00:03:58,057
我们假设的两个固体
每个只有六个化学键。

65
00:03:58,057 --> 00:04:03,758
如果我们假设每个固体有6000化学键，
需要分配的总能量为8000量子，

66
00:04:03,758 --> 00:04:07,527
我们再次将四分之三的能量分配给A，

67
00:04:07,527 --> 00:04:10,057
四分之一的能量分配给B。

68
00:04:10,057 --> 00:04:14,337
现在我们可以发现，A物体
能够自发获得更多能量的概率

69
00:04:14,337 --> 00:04:17,197
是这样一个微小的数字。

70
00:04:17,197 --> 00:04:22,308
同理，日常物体中会
包含比这多得多的小物体。

71
00:04:22,308 --> 00:04:25,920
在现实世界里，一个物体会变热的概率

72
00:04:25,920 --> 00:04:28,011
是一个异常小的数字，

73
00:04:28,011 --> 00:04:29,909
小到根本不会发生。

74
00:04:30,269 --> 00:04:31,438
冰块融化，

75
00:04:31,438 --> 00:04:32,858
奶油溶解，

76
00:04:32,858 --> 00:04:34,516
轮胎泄气，

77
00:04:34,516 --> 00:04:39,332
都是因为这些状态比
原有的状态有更加分散的能量。

78
00:04:39,782 --> 00:04:43,630
没有任何神秘的力量
推着系统去往一个更高的熵值。

79
00:04:43,630 --> 00:04:48,748
只是因为高熵值总是
在统计上更加可能发生。

80
00:04:48,748 --> 00:04:52,410
这就是为什么熵又被成为时间向导。

81
00:04:52,410 --> 00:04:56,739
如果能量有机会分散，它就会发生。