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00:00:06.875 --> 00:00:10.453
在化學和物理學中有個關鍵概念

00:00:10.453 --> 00:00:15.293
有助於解釋是此非彼的物理現象

00:00:15.293 --> 00:00:16.849
冰為什麼會融化？

00:00:16.849 --> 00:00:19.279
奶油為什麼會在咖啡裡散開來？

00:00:19.279 --> 00:00:22.529
為什麼穿了孔的輪胎會漏氣？

00:00:22.529 --> 00:00:27.039
這是「熵」的概念，非常難以理解

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

00:00:31.879 --> 00:00:35.739
雖然合宜，卻很容易誤導

00:00:35.739 --> 00:00:38.511
例如，下列哪種情形比較不規則呢？

00:00:38.511 --> 00:00:43.469
一杯碎冰，還是一杯室溫的水？

00:00:43.469 --> 00:00:45.373
大多數人認為冰比較不規則

00:00:45.373 --> 00:00:49.069
但實際上冰的熵值比水低

00:00:49.069 --> 00:00:52.898
另一種理解熵的方法是透過機率

00:00:52.898 --> 00:00:57.290
雖或不易理解，但請耐心內化

00:00:57.290 --> 00:01:01.260
就會更理解熵

00:01:01.260 --> 00:01:03.661
想像兩小塊固體

00:01:03.661 --> 00:01:07.541
各自有六根原子鍵

00:01:07.541 --> 00:01:12.781
這模型裡的能量存在固體的原子鍵裡

00:01:12.781 --> 00:01:15.232
可以把原子鍵想成簡單的能量容器

00:01:15.232 --> 00:01:20.070
裡面裝著不可分割的
能量單位「量子」

00:01:20.070 --> 00:01:24.601
固體的能量越高就越熱

00:01:24.601 --> 00:01:26.802
這兩個固體

00:01:26.802 --> 00:01:30.552
有許許多多的能量分佈方式

00:01:30.552 --> 00:01:34.592
而各自的總能量不變

00:01:34.592 --> 00:01:38.502
每一種能量分佈方式稱為一「微態」

00:01:38.502 --> 00:01:43.341
假如固體甲有六個量子，而乙有兩個

00:01:43.341 --> 00:01:47.832
那麼就共有 9,702 種微態

00:01:47.832 --> 00:01:52.861
當然還有其它分派八個量子的方式

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

00:01:57.833 --> 00:02:00.872
或者甲乙各分一半

00:02:00.872 --> 00:02:04.154
如果假設每種微態發生的機率相等

00:02:04.154 --> 00:02:06.794
就會看到某些能量分佈狀態

00:02:06.794 --> 00:02:10.543
發生的機率高過其他狀態

00:02:10.543 --> 00:02:14.184
原因是它們的微態總數比較多

00:02:14.184 --> 00:02:20.143
熵直接衡量每種能量分佈狀態的機率

00:02:20.143 --> 00:02:22.073
呈現出的是

00:02:22.073 --> 00:02:26.843
這兩個固體的能量最分散的時候

00:02:26.843 --> 00:02:28.924
熵值最高

00:02:28.924 --> 00:02:30.474
一般而言

00:02:30.474 --> 00:02:34.853
可把熵想成是能量散佈的指標

00:02:34.853 --> 00:02:37.893
低熵值代表能量集中

00:02:37.893 --> 00:02:41.623
而高熵值代表能量分散

00:02:41.623 --> 00:02:45.765
為要理解怎樣用熵解釋自發過程

00:02:45.765 --> 00:02:48.075
像是熱的物體冷卻下來

00:02:48.075 --> 00:02:52.434
必須看能量的動態流動

00:02:52.434 --> 00:02:54.935
實際上，能量並非靜止不動

00:02:54.935 --> 00:02:58.065
而是持續在相鄰的原子鍵中移動

00:02:58.065 --> 00:03:00.206
隨著能量移動

00:03:00.206 --> 00:03:02.955
能量的分佈跟著改變

00:03:02.955 --> 00:03:05.085
根據微態的分佈

00:03:05.085 --> 00:03:07.076
有 21％ 的機率

00:03:07.076 --> 00:03:13.595
後來會進入能量最分散的狀態

00:03:13.595 --> 00:03:17.357
有 13％ 的機率回到初始狀態

00:03:17.357 --> 00:03:22.857
還有 8% 的機率
固體甲會增加能量

00:03:22.857 --> 00:03:27.525
再次重申，因為分散能量

00:03:27.525 --> 00:03:30.338
高熵值的微態總數
比能量集中的還多

00:03:30.338 --> 00:03:32.558
因而能量趨向分散

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

00:03:35.509 --> 00:03:40.420
冷的會變熱，而熱的會變冷

00:03:40.420 --> 00:03:41.867
但是同一個例子

00:03:41.867 --> 00:03:47.116
也有 8％ 的機率
熱的物體會變得更熱

00:03:47.116 --> 00:03:51.427
為什麼現實生活裡沒發生這種情形？

00:03:51.427 --> 00:03:54.177
原因在於系統的規模

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

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

00:04:03.938 --> 00:04:07.527
初始狀態仍是甲有四分之三的能量

00:04:07.527 --> 00:04:10.127
而乙有四分之一的能量

00:04:10.127 --> 00:04:14.337
就會發現甲自發獲得更多能量的機率

00:04:14.337 --> 00:04:17.247
是個這麽微小的數字

00:04:17.247 --> 00:04:22.308
日常熟知物體的粒子數遠比這多得多

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

00:04:25.920 --> 00:04:28.011
小得荒謬

00:04:28.011 --> 00:04:30.409
乃至根本不會發生

00:04:30.409 --> 00:04:31.528
冰塊融化

00:04:31.528 --> 00:04:32.918
奶油和咖啡混合在一起

00:04:32.918 --> 00:04:34.676
輪胎放氣

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

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

00:04:43.630 --> 00:04:48.928
而是因為統計上高熵值更可能發生

00:04:48.928 --> 00:04:52.480
這就是為什麼熵又被稱為時間之箭

00:04:52.480 --> 00:04:56.739
如果有機會分散能量，就會分散能量