1
00:00:06,875 --> 00:00:10,453
在化學和物理學中有個關鍵概念

2
00:00:10,453 --> 00:00:15,293
有助於解釋是此非彼的物理現象

3
00:00:15,293 --> 00:00:16,849
冰為什麼會融化？

4
00:00:16,849 --> 00:00:19,279
奶油為什麼會在咖啡裡散開來？

5
00:00:19,279 --> 00:00:22,529
為什麼穿了孔的輪胎會漏氣？

6
00:00:22,529 --> 00:00:27,039
這是「熵」的概念，非常難以理解

7
00:00:27,039 --> 00:00:31,879
有個說法常把熵
用來衡量不規則的程度

8
00:00:31,879 --> 00:00:35,739
雖然合宜，卻很容易誤導

9
00:00:35,739 --> 00:00:38,511
例如，下列哪種情形比較不規則呢？

10
00:00:38,511 --> 00:00:43,469
一杯碎冰，還是一杯室溫的水？

11
00:00:43,469 --> 00:00:45,373
大多數人認為冰比較不規則

12
00:00:45,373 --> 00:00:49,069
但實際上冰的熵值比水低

13
00:00:49,069 --> 00:00:52,898
另一種理解熵的方法是透過機率

14
00:00:52,898 --> 00:00:57,290
雖或不易理解，但請耐心內化

15
00:00:57,290 --> 00:01:01,260
就會更理解熵

16
00:01:01,260 --> 00:01:03,661
想像兩小塊固體

17
00:01:03,661 --> 00:01:07,541
各自有六根原子鍵

18
00:01:07,541 --> 00:01:12,781
這模型裡的能量存在固體的原子鍵裡

19
00:01:12,781 --> 00:01:15,232
可以把原子鍵想成簡單的能量容器

20
00:01:15,232 --> 00:01:20,070
裡面裝著不可分割的
能量單位「量子」

21
00:01:20,070 --> 00:01:24,601
固體的能量越高就越熱

22
00:01:24,601 --> 00:01:26,802
這兩個固體

23
00:01:26,802 --> 00:01:30,552
有許許多多的能量分佈方式

24
00:01:30,552 --> 00:01:34,592
而各自的總能量不變

25
00:01:34,592 --> 00:01:38,502
每一種能量分佈方式稱為一「微態」

26
00:01:38,502 --> 00:01:43,341
假如固體甲有六個量子，而乙有兩個

27
00:01:43,341 --> 00:01:47,832
那麼就共有 9,702 種微態

28
00:01:47,832 --> 00:01:52,861
當然還有其它分派八個量子的方式

29
00:01:52,861 --> 00:01:57,833
例如，固體甲擁有八個量子
而固體乙一個也沒有

30
00:01:57,833 --> 00:02:00,872
或者甲乙各分一半

31
00:02:00,872 --> 00:02:04,154
如果假設每種微態發生的機率相等

32
00:02:04,154 --> 00:02:06,794
就會看到某些能量分佈狀態

33
00:02:06,794 --> 00:02:10,543
發生的機率高過其他狀態

34
00:02:10,543 --> 00:02:14,184
原因是它們的微態總數比較多

35
00:02:14,184 --> 00:02:20,143
熵直接衡量每種能量分佈狀態的機率

36
00:02:20,143 --> 00:02:22,073
呈現出的是

37
00:02:22,073 --> 00:02:26,843
這兩個固體的能量最分散的時候

38
00:02:26,843 --> 00:02:28,924
熵值最高

39
00:02:28,924 --> 00:02:30,474
一般而言

40
00:02:30,474 --> 00:02:34,853
可把熵想成是能量散佈的指標

41
00:02:34,853 --> 00:02:37,893
低熵值代表能量集中

42
00:02:37,893 --> 00:02:41,623
而高熵值代表能量分散

43
00:02:41,623 --> 00:02:45,765
為要理解怎樣用熵解釋自發過程

44
00:02:45,765 --> 00:02:48,075
像是熱的物體冷卻下來

45
00:02:48,075 --> 00:02:52,434
必須看能量的動態流動

46
00:02:52,434 --> 00:02:54,935
實際上，能量並非靜止不動

47
00:02:54,935 --> 00:02:58,065
而是持續在相鄰的原子鍵中移動

48
00:02:58,065 --> 00:03:00,206
隨著能量移動

49
00:03:00,206 --> 00:03:02,955
能量的分佈跟著改變

50
00:03:02,955 --> 00:03:05,085
根據微態的分佈

51
00:03:05,085 --> 00:03:07,076
有 21％ 的機率

52
00:03:07,076 --> 00:03:13,595
後來會進入能量最分散的狀態

53
00:03:13,595 --> 00:03:17,357
有 13％ 的機率回到初始狀態

54
00:03:17,357 --> 00:03:22,857
還有 8% 的機率
固體甲會增加能量

55
00:03:22,857 --> 00:03:27,525
再次重申，因為分散能量

56
00:03:27,525 --> 00:03:30,338
高熵值的微態總數
比能量集中的還多

57
00:03:30,338 --> 00:03:32,558
因而能量趨向分散

58
00:03:32,558 --> 00:03:35,509
這就是為什麼把熱的物體
和冷的物體擺一起

59
00:03:35,509 --> 00:03:40,420
冷的會變熱，而熱的會變冷

60
00:03:40,420 --> 00:03:41,867
但是同一個例子

61
00:03:41,867 --> 00:03:47,116
也有 8％ 的機率
熱的物體會變得更熱

62
00:03:47,116 --> 00:03:51,427
為什麼現實生活裡沒發生這種情形？

63
00:03:51,427 --> 00:03:54,177
原因在於系統的規模

64
00:03:54,177 --> 00:03:58,057
我們的模型假設
只有六根原子鍵的固體

65
00:03:58,057 --> 00:04:03,938
如果增加到 6,000 根原子鍵
和 8,000 個單位能量

66
00:04:03,938 --> 00:04:07,527
初始狀態仍是甲有四分之三的能量

67
00:04:07,527 --> 00:04:10,127
而乙有四分之一的能量

68
00:04:10,127 --> 00:04:14,337
就會發現甲自發獲得更多能量的機率

69
00:04:14,337 --> 00:04:17,247
是個這麽微小的數字

70
00:04:17,247 --> 00:04:22,308
日常熟知物體的粒子數遠比這多得多

71
00:04:22,308 --> 00:04:25,920
所以現實世界裡
熱的物體變得更熱的機率

72
00:04:25,920 --> 00:04:28,011
小得荒謬

73
00:04:28,011 --> 00:04:30,409
乃至根本不會發生

74
00:04:30,409 --> 00:04:31,528
冰塊融化

75
00:04:31,528 --> 00:04:32,918
奶油和咖啡混合在一起

76
00:04:32,918 --> 00:04:34,676
輪胎放氣

77
00:04:34,676 --> 00:04:39,942
都是因為這些狀態的能量
比原先狀態的更分散

78
00:04:39,942 --> 00:04:43,630
並不是某種神秘的力量
驅使系統傾向微調至更高的熵值

79
00:04:43,630 --> 00:04:48,928
而是因為統計上高熵值更可能發生

80
00:04:48,928 --> 00:04:52,480
這就是為什麼熵又被稱為時間之箭

81
00:04:52,480 --> 00:04:56,739
如果有機會分散能量，就會分散能量