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什么是熵？

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    在化学和物理领域里
    有一个非常重要的概念。
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    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：
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    为什么冰会融化，
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    为什么奶油会在咖啡中扩散，
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    为什么空气会从穿孔的轮胎中泄露。
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    这个概念就是熵，这是一个
    让人很难理解的概念。
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    熵通常被描述为不规则运动的量度。
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    这是一个很方便让人理解的解释，
    但却很容易产生误解。
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    比如说，以下哪种情形
    更加的无规则呢？
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    是一杯碎冰块，还是一杯室温的水？
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    大多数人会说冰块会更无规则，
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    但是实际上冰块比水有更低的熵值。
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    这儿有另一种理解熵的方法，
    那就是通过概率。
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    这个方法或许更难理解，
    但一旦消化这个概念，
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    你就会对熵有一个更深刻的理解。
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    想象两个小块的固体，
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    这两个固体都有六个化学键。
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    在这个模型中，
    固体的能量都存在化学键中。
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    这些化学键可以被理解为
    一个简单的容器，
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    可以用来储存不可分割的
    最小单位的能量，量子。
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    一个固体的能量越高，温度就也越高。
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    能量在这两个固体中分布的方式
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    有无数种，
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    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。
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    每个分布方式都称作一种微态。
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    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，
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    这就有9702种微态。
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    当然，这八个量子在两个固体中
    还有其他的分布方式。
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    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，
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    还可以A，B固体各分一半量子。
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    如果我们假设每种微态
    发生的概率相等，
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    我们可以发现有些能量分布
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    发生的概率会高于其他。
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    这是因为这样的能量分布
    包含更多数量的微态。
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    熵是每种能量分布状态的概率衡量。
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    我们所观察到的是，
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    能量在固体间最分散，
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    熵值就最高。
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    所以总体而言，
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    熵可以被想成
    能量分散的一种衡量指标。
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    低的熵值表明能量是集中的。
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    高的熵值则代表能量是分散的。
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    为了理解为什么熵的概念
    可以解释自然发生的过程，
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    比如说热的物体会冷却，
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    我们需要理解能量流动的动态系统。
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    实际上，能量不会静止不动。
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    而是会不停地在相邻的化学键中移动。
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    随着能量的移动，
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    能量的分布也会随之改变。
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    由于微态的分布，
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    能量极大程度分散的
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    分布概率有21% ，
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    13%的概率能量分布
    会回到最初的状态，
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    固体A能量增加的概率是8%。
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    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，
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    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，
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    能量更倾向于分散。
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    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，
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    冷的物体会变热，而热的物体会冷却。
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    但即使是在刚刚的例子里，
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    还是有8%的概率热的物体会变得更热，
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    那为什么这种事情从来都
    没有在现实生活中发生过呢？
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    这是因为系统的尺寸。
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    我们假设的两个固体
    每个只有六个化学键。
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    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，
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    我们再次将四分之三的能量分配给A，
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    四分之一的能量分配给B。
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    现在我们可以发现，A物体
    能够自发获得更多能量的概率
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    是这样一个微小的数字。
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    同理，日常物体中会
    包含比这多得多的小物体。
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    在现实世界里，一个物体会变热的概率
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    是一个异常小的数字，
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    小到根本不会发生。
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    冰块融化，
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    奶油溶解，
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    轮胎泄气，
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    都是因为这些状态比
    原有的状态有更加分散的能量。
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    没有任何神秘的力量
    推着系统去往一个更高的熵值。
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    只是因为高熵值总是
    在统计上更加可能发生。
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    这就是为什么熵又被成为时间向导。
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    如果能量有机会分散，它就会发生。
Title:
什么是熵？
Description:

观看完整课程: http://ed.ted.com/lessons/what-is-entropy-jeff-phillips

在化学和物理领域里有一个非常重要的概念。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：为什么冰会融化，为什么奶油会在咖啡中扩散，为什么空气会从穿孔的轮胎中泄露。这个概念就是熵，这是一个让人很难理解的概念。Jeff Phillips 讲解了一堂熵的速成课。

授课： Jeff Phillips, 动画：Provincia Studio.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:20

Chinese, Simplified subtitles

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