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地球上还会自然演化出生命这种复杂有序的结构体,会不会违反热力学第二定律?

所謂的熱力學第二定律, 講的簡單一些, 就是“有序”、“有用”的能量在各種各樣的物理化學生物過程之后變成了“無序”、“無用”的能量。

所以說平白無故的虛空之中, 一團混亂的粒子當然不能夠自動變得有序, 但是問題是, 地球不是一個封閉的系統, 而是無時無刻不在接收來自太陽的有序能量。 利用這樣的有序能量, 地球上的一些物質能夠變得有序——生命也能夠因此而形成, 當然了, 在這個過程中, 總體的熵還是增加的, 但是局部的熵則走向了相反的方向——就好像制冷空調一樣, 你看到的是室內機吹出來冷空氣,

但是你沒有看到室外機正在往外瘋狂吹著熱風。

舉個例子, 比如說水車, 就是利用滾滾流動的水, 讓一部分水流獲得了更高的機械能, 但是整個過程所有水的機械能是減小的——變成了摩擦的熱能, 但是這不妨礙這一部分水流機械能的提高。 而地球上的生命也是一樣, 他們就是利用太陽無時無刻不在流入的大量能量, 獲得了局部的有序。 一旦太陽的能量消失了, 那么這樣的局部有序就很難維持了。

生命是一個耗散結構, 但是耗散結構本身需要不斷減小的熵來維持有序結構, 那么必然要讓外界的熵增加的更多, 即:外界環境的熵增+耗散結構的熵減>0。 具體過程就是耗散結構不斷地把熵輸出給外界環境,

等效于耗散結構不斷地從外界環境吸收“負熵”。

對于地球上的生命來說, “負熵”的主要來源就是太陽光。 太陽光是比較純的可利用能量形式, 本身的熵相對較小, 它的代價就是恒星內部核反應會產生更多的熵, 因此恒星本身符合熱力學第二定律, 但可以輻射熵相對較小的光。 地球上的植物和部分微生物可通過光合作用將陽光轉化為化學能, 這個過程植物和微生物會通過熱輻射, 熱傳導, 物質代謝等過程把熵輸出給地球環境, 使環境的熵增加, 同時維持自身的低熵狀態。 動物這種耗散結構再吃掉植物, 維持自身低熵的同時, 把更多的熵通過新陳代謝給了外界環境。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網絡)

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