我们不能轻易将挤出来的牙膏放回管中；我们不能指望蒸汽分子自发地聚集在一起而形成水球。如果您将一堆科吉幼犬放到田野里，那么不做大量工作就不可能将它们全部赶回笼子里。这些是与热力学第二定律（也称为熵定律）相关的问题。

热力学第二定律（熵定律）

热力学第二定律（熵定律），从工程学到自然科学再到化学、物理学甚至经济学、热力学对各种科学学科都很重要。热力学系统是一个封闭的空间，不会轻易让能量进出。

热力学的第一定律与能量守恒有关——我们可能还记得高中物理老师讲课的声音，告诉我们在封闭系统中的能量保持恒定（“既不能产生也不能消灭能量”），除非外界对其进行了篡改。但是，能量不断变化的形式——火灾会将植物的化学能转化为热能和电磁能。电池将化学能转化为电能。世界转动，能量变得不那么有条理。

慕尼黑工业大学生命科学学院生物热力学的博士后研究员马尔科·波波维奇（Marko Popovic）在一封电子邮件中说：“热力学的第二定律称为熵定律。这是自然界最重要的法律之一。”

慕尼黑工业大学

熵是封闭系统中无序的度量。根据第二定律，系统中的熵几乎总是随时间增加——我们可以做一些工作来创建系统中的秩序，但即使是重新排序的工作也会以无序形式（通常以热的形式）增加无序性。由于熵的度量基于概率，因此，有时系统中的熵可能会降低，但是从统计角度上讲这不太可能。

紊乱的定义

找到一个不让能量流出或进出的系统，比您想象的要困难得多——我们的宇宙就是这样的一个很好的例子——但熵描述了在像宇宙这样大的系统中紊乱的发生，与充满咖啡的热水瓶一样小的系统中紊乱的发生一样。

但是，熵与我们将一群黑猩猩锁在厨房中时所想到的紊乱类型无关。它更多地取决于该厨房中可以进行多少次紊乱排列，而不是可能发生多大紊乱。当然，熵取决于许多因素：有多少黑猩猩，厨房中存储了多少东西以及厨房有多大。

因此，如果我们要看两个厨房，一个很大，里面放进许多菌褶，但是却非常干净，另一个更小，里面的东西更少，但是已经被黑猩猩弄得一塌糊涂——这很诱人，这样的厨房有更多的熵，但不一定如此。熵本身更关注的是有多少种不同的状态，而不是目前的无序状态。因此，如果系统中有更多的分子和原子，并且更大，那么它的熵就更大。

熵令人困惑

熵是最真实的科学概念，但是很少有人真正理解它。熵的概念可能非常令人困惑——部分是因为实际上存在不同的类型。匈牙利数学家约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann）对此表示遗憾：“在讨论中使用‘熵’一词的人总是赢家，因为没人知道熵的真正含义，因此在辩论中总是有优势。

匈牙利数学家约翰·冯·诺伊曼

“定义熵有点困难。”波波维奇说，“也许最好将其定义为非负热力学性质，它表示系统的一部分能量无法转化为有用功。因此，向系统中添加任何能量都意味着将转化一部分能量熵，从而增加系统的无序性。因此，熵是对系统无序性的一种度量。”

但是，如果我们感到困惑，也不要感到难过，定义可能会根据当前使用的学科而有所不同：

鲁道夫·克劳修斯（Rudolph Clausius）

在19世纪中叶，一位名叫鲁道夫·克劳修斯（Rudolph Clausius）的德国物理学家，热力学概念的创始人之一，正在研究蒸汽机效率的问题，并发明了熵的概念，以帮助测量无法转化为有用工作的无用的能量。几十年后，路德维希·玻尔兹曼（熵的另一个“奠基人”）用这个概念解释了无数原子的行为：即使不可能描述一杯水中每个粒子的行为，也仍然可以预测使用熵公式加热时它们的集体行为。

“在1960年代，美国物理学家E.T. 杰恩斯（E.T. Jaynes）将熵解释为我们错过的信息，无法确定系统中所有粒子的运动。” 波波维奇说，“例如，一摩尔气体由6 x 10^23个粒子组成。因此，对于我们来说，不可能描述每个粒子的运动，所以我们接着这么做，不是通过每个粒子的运动，而是通过所有粒子组合的特性：温度，压力，总能量来定义气体，我们这样做时丢失的信息称为熵。”

如果没有熵，那么“宇宙热死亡”这个可怕的概念就不可能实现。因为我们的宇宙很可能是一个奇点——一个无限小的有序能量点——膨胀出来，并且一直在膨胀，熵在我们的宇宙中不断增长，因为有更多的空间，因此更多的潜在的无序状态，让这里的原子采用。

科学家假设，在我和你走了很久之后，宇宙最终将达到最大无序的某个点，在这一点上，所有事物都将处于相同的温度，宇宙所有物质全部转化为热能，于是热寂出现了。此时的宇宙再也没有新生事物，一切都归于“寂”。