當到山上的咖啡廳,喝著咖啡,看著百萬夜景
想一想需要多少戶人家點亮燈火才能有這樣的風景?
如果一個月沒有電力會是怎樣的生活?
能源對我們所有人至關重要。
我們用它來為我們的運輸提供動力
並為我們的房屋照明。
更重要的是，能量對生命本身至關重要。
如果一個月沒有食物獲得的能量，我們就gg。
但是能量到底是什麼？
是什麼使它對我們如此有用？
科學家們會想出一套奇怪的定律，
將從引擎到人類再到恆星的所有事物聯繫在一起。
在人類歷史的過程中，
用各種不同的方法來從環境中提取能量。
從採摘水果到燃燒的木頭，再到帆船，再到水車，應有盡有。
人類可能在100萬年前就知道使用火
用火來打獵 來烹煮食物 用來保暖 和照明 用來鍛造武器
但是直到大約300年前, 人類才發現火的另一種不可思議的力量。
人類開發了一種機器,能夠使用大量能量以執行以前難以想像的任務。
發生這種情況要歸功於許多人，並由於許多不同的原因，
最早嘗試了解能源的人之一。
戈特弗里德·萊布尼茲（Gottfried Leibniz）是外交官，科學家，哲學家和天才。
他一直在努力了解宇宙運轉的機制。
萊布尼茲像他的同時代幾位偉大的人一樣，
絕對相信我們周圍的世界是一台由有才智的人設計的巨大機器。
如果能了解機器的工作原理，
就可以了解宇宙以及宇宙如何運作。
因此，萊布尼茲一方面在神學和哲學之間，另一方面在工程和力學之間都有研究。
哲學與工程學之間的這種聯繫使他在1676年進行了研究
乍看似乎是一個非常簡單的問題。
物體碰撞時會發生什麼？
這就是萊布尼茲和他的許多同時代人正在努力解決的問題。
因此，當這兩個球相互碰撞時，一個的運動轉移到另一個。
似乎在他們之間傳遞了某種東西，萊布尼茲稱之為生命力。
他認為它是一種東西，是一種在碰撞過程中被交換的真實物理物質。
萊布尼茲（Leibniz）認為世界是一個有生命的機器
在機器內部，上帝在創造物上施加了一定數量的生命力，它們將永遠保持不變。
因此，世界上的生命力將得到保存。
難題在於定義它。
萊布尼茨很快就會找到一種簡單的數學方法來描述生命力。
但是他也會看到其他東西。爆炸
他意識到在火藥，火和蒸汽中，他的生命正在以暴力和有力的方式釋放。
爆炸如果可以利用這一點，它將給人類帶來不可想像的力量。
萊布尼茲很快就會著迷於捕捉生命力的方式。
萊布尼茲是一位多產的作家，與一位年輕的法國科學家丹尼斯·帕平（Denis Papin）保持了往來。
在他們往來時，萊布尼茲和帕潘意識到確實可以利用在某些情況下釋放的生命力量。
熱量可以轉化為某種有用的形式。
但是這個想法能走多遠？
帕潘毫無疑問。
這是他給萊布尼茲的信的摘錄...
“我可以向您保證，我會繼續前進，我發現有更多理由對這項發明給予高度評價，“從理論上講，可以將人的力量增強到無限。但是實際上，我相信我可以毫不誇張地說，一個人透過這種方式可以做100個其他人可以做的事情。”
他們的想法深遠而深遠，
但是他們並沒有真正推動事情向前發展。
為此，需要更實際的東西。
需要創新，工業。
需要不計其數的熟練工人和工匠，他們將運用這些思想，以新穎新穎的方式對其進行試驗。
在緊隨萊布尼茲和帕平之後的一個世紀裡，這將以可想像到的最戲劇性的方式發生。
150年後,在萊布尼茲和帕平的討論中，人們以驚人的方式利用了生命力量。
他們夢寐以求的機器已成為現實。
蒸汽機是19世紀技術的最前沿。
如果你看文明的演進，
那麼蒸汽引擎便是邁出的一大步，因為它用蒸汽動力代替了肌肉，動物肌肉，包括我們的肌肉。
蒸汽動力對於做幾乎無法想像的事情非常重要。
但是蒸汽技術不僅僅可以改變人類社會。
倫敦東南部的克羅斯尼斯有一座令人難以置信的工業大教堂，
這裡建有一些最令人印象深刻的維多利亞時代蒸汽機。
建於1854年，裡面裝有四台巨大的發動機。
蒸汽機成為英國權力和經濟繁榮的重要組成部分，幾乎得到了宗教方面的尊重。
儘管引擎取得了巨大的成功和力量，
但引擎卻賦予了它們的創造者關於它們的工作方式和原因，仍然存在很多困惑和謎團。
尤其是諸如“它們的效率如何？”之類的問題。
“他們的力量受到限制嗎？”
最終，人們想知道用蒸汽能實現的目標。
這些問題持續存在的原因很簡單，幾乎沒有人了解蒸汽機的基本特性。
很少有人知道支撐它的原理。
我們認為這些實際上是早期的蒸汽機，實際上是理解宇宙中發生的一切的種子。
聽起來似乎不太可能，蒸汽機卻將宇宙的秘密藏在其中。
1814年3月，在拿破崙戰爭期間，
當拿破崙和他的軍隊在其他地方戰鬥時，
巴黎本身受到了俄羅斯，普魯士和奧地利聯合部隊的持續攻擊。
在關鍵地點附近部署了公民，以保護他們。
巴黎的文森城堡是由一群經驗不足的學生捍衛的，他們在持續的砲火下被迫撤退。
其中一位是傑出的年輕科學家和士兵。
他的名字叫尼古拉斯·倫納德·薩迪·卡諾（Nicolas Leonard Sadi Carnot），他個人覺得羞辱會激勵他發掘出對所有發動機工作原理。
卡諾（Carnot）來自一個備受推崇的軍人家庭。
法國人在這裡和歐洲其他地方失敗後，
他決心恢復法國的驕傲。
卡諾真正困擾的是法國的敵人似乎擁有的技術優勢。
特別是英國，無論在軍事上還是在經濟上都擁有巨大的優勢
因為它掌握蒸汽動力。
因此，卡諾發誓要真正了解蒸汽機的工作原理，並利用這些知識造福法國。
他明確地說，如果可以從英國帶走蒸汽機，那麼大英帝國將會崩潰。
在法國軍方失敗後他開始寫作
他建議通過分析消防和熱力發動機的工作方式，從字面上分析英國的權力來源。
和他的兄弟希波呂特（Hippolyte）一起在巴黎的一間小公寓中領半薪，
1824年，卡諾（Carnot）寫下了現在的傳奇,關於火的動力的思考。
不到60頁，他開發並抽象化所有熱機工作的基本方式。
卡諾認為熱量是某種物質，會像水一樣從熱流向冷流。
就像水從高處掉下來
可以利用熱流來做有用的工作。
卡諾的關鍵見解是，
要使任何熱機更高效,要做的就是增加熱源與環境之間的溫度差。
這個想法已經指導了工程師200年。
最終，引擎比蒸汽機更有效率,因為它在更高的溫度下運行。
卡諾（Carnot）透露，熱機並不只是一項聰明的發明。
他們正在利用大自然的更深一層。
他們正在利用冷熱之間的能量流。
卡諾（Carnot）瞥見了熱機的真正本質，並在此過程中開始了科學的新分支。
1832年，霍亂疫情在巴黎蔓延。
它是如此嚴重，早成近兩萬人往生。
那時對這種疾病的傳播還沒有真正的科學了解。
卡諾不懼怕風險，決定研究並記錄疾病的傳播。
但是，不幸的是，他自己染上了病，並在一天後也往生。
他的許多寶貴的科學論文都被燒掉了，以阻止傳染病的蔓延。
看來世界還沒有為卡諾做好準備。
卡諾對熱力學科學做出了第一個重大貢獻。
但是隨著19世紀的發展，科學界對熱，運動和能量的研究開始席捲更廣泛。
很快，人們意識到這些想法不僅可以解釋熱機的工作原理，還可以做更多的事情。
就像萊布尼茲（Leibniz）生命力的概念一樣，這些想法在更大範圍內適用。
到19世紀中葉，
科學家和工程師非常精確地計算出不同形式的能量之間的相互關係。
他們測量了要製造一定數量的不同種類的能量需要多少特定種類的能量。
例如,將120毫升水加熱1攝氏度所需的能量與將50公斤重東西提升1公尺所需的能量相同。
人們認識到的更深層次的觀點是，儘管機械功和熱看上去可能非常不同，
但實際上它們是一體兩面-能量。
這個想法將被稱為熱力學第一定律。
第一定律揭示了能量永遠不會被創造或破壞。
它只是從一種形式變為另一種形式。
19世紀的科學家意識到這意味著整個宇宙的總能量實際上是固定的。
令人驚訝的是，有一定數量的能量會變成許多不同的形式。
因此，在蒸汽機中，不會產生能量-只是從熱能轉變為機械能。
但是儘管第一部法律令人印象深刻，
但一個巨大的問題-當一種能量形式轉變為另一種能量時到底發生了什麼？
為什麼要這麼做呢？
答案將部分由德國科學家魯道夫·克勞修斯（Rudolf Clausius）找到。
這將成為所謂的熱力學第二定律的基礎。
克勞修斯是來自波美拉尼亞的傑出德國物理學學生，曾在柏林學習
他成為了柏林非常傑出的教授，然後又在蘇黎世的瑞士技術大學任教。
在1850～1860年代，克勞修斯提出了對熱力學的原理全面的數學分析。
克勞修斯意識到，宇宙中不僅存在固定量的能量
能量似乎遵循了非常嚴格的規則。
簡而言之，熱量形式的能量總是沿一個特定方向移動。
他的見解是整個科學中最重要的思想之一。
就像克勞修斯所說的那樣“熱量本身不能從較冷的身體傳遞到較熱的身體”。
這是一個非常直觀的想法。
如果放任不管，熱茶將始終冷卻下來。
這意味著熱量會從杯子里傳到其他地方。
這看起來似乎很明顯，但這是至關重要的見解。
熱流是一個單向過程，似乎從根本上講是建立在整個宇宙的運作之中的。
當然，物體會變熱,但總是需要對它做一些事情才能實現這目標。
如果放任不管，能量似乎總是從集中到分散。
阿爾伯特·聖喬治（Albert St George）的生物化學家說，
“科學就是看別人看到的一切，“但是想想別人沒有想過的。”
克勞修斯審視了日常生活，並看到了其他人所看到的一切，
即熱量並不會自發地從冷的身體流向熱的身體。總是相反。
他實際上坐下來考慮了一下。
克勞修斯將所有這些關於能量如何轉移的想法彙集在一起，並將其置於數學環境中。
克勞修斯所做的就是引入一個稱為熵的新量。
字母S。基本上，在此等式中的意思是當熱量從較熱的物體傳遞到較冷的物體時，
熵總是增加。
熵似乎是熱量散逸或散佈的量度。
隨著高溫的冷卻，熵增加。
在克勞修斯看來，在任何封閉的系統中，這個過程都是不可逆的。
克勞修斯對數學非常有信心，以至於他發現這個不可逆的過程正在更廣闊的宇宙中發生。
他推測整個宇宙的熵必須朝著最大的方向增加，無可避免。
這個想法被稱為熱力學第二定律，
結果比克勞修斯所想像的任何東西都更陌生，更美麗，更通用。
熱力學第二定律似乎說，所有散發熱量的事物都以某種方式連接在一起。
所有散發熱量的事物都是無處不在的過程的一部分，無處不在。
散佈和分散的過程。
增加熵的過程。
似乎宇宙以某種方式與一杯茶有著相同的命運。
維多利亞時代科學家的妙處在於，他們可以做出這些巨大的飛躍
他們發現在燒杯中對溫度計的研究實際上可以轉移...可以推斷出來，可以擴大到涵蓋整個宇宙。
儘管熱力學取得了成功，
但在19世紀中葉，關於這個問題有很多爭論和困惑。
這個奇怪的東西到底叫什麼熵，為什麼它總是在增加？
回答這個問題將實現不可思議的飛躍
但這最終揭示了關於能量以及我們在周圍宇宙中看到的多種形式的有序和無序的真相。
將熵的真正含義，以及為什麼隨著時間的流逝，熵總是必須增加。
他的名字叫路德維希·玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann），是一門真正的科學革命家。
玻爾茲曼於1844年出生於維也納。這是一個科學和文化的世界。
玻爾茲曼不是定型科學家。
他具有藝術家的氣質。
他是無情的邏輯和分析家，
但是在工作期間，他會經歷激烈的情緒激動，
然後經歷嚴重的抑鬱症, 這將使他完全無法清楚地思考。
他經歷了可怕的精神崩潰危機，他真的以為世界正在崩潰。
除了數學之外，玻爾茲曼還對音樂充滿熱情，
並ㄉ瓦格納的歌劇和貝多芬深深著迷。
他是一位出色的鋼琴家，在他最喜歡的作曲家的作品中可能會迷失數小時
就像他可能會在深入的數學理論中迷失自我一樣。
玻爾茲曼（Boltzmann）是一位受情感和直覺引導的科學家，
也是他對數學釋放自然秘密的能力的信念。
在19世紀下半葉，一小組科學家開始猜測，在最小的規模上，
宇宙的運作方式可能與我們的日常經歷大不相同。
如果看起來足夠近，宇宙似乎有可能由不斷運動的微小硬顆粒組成。
從原子的角度來看，熱會突然變得不那麼神秘了。
玻爾茲曼和其他人看到，
如果物體很熱, 它只是意味著它的原子正在以更快的速度運動。
將世界視為原子似乎是一個非常有力的想法。
但存在一個看似無法克服的問題。
哪怕在極少量的氣體中，又如何研究數萬億個原子？
我們如何提出數學方程式來描述這些？
畢竟，原子不斷碰撞彼此，改變方向和速度，原子中的原子是如此之多。
看來這幾乎是不可能的問題。
但是後來玻爾茲曼發現了一種方法。
玻爾茲曼比任何人都更清楚地看到這一新的現實層面,它不得不放棄確定性。
與其試圖理解和測量每個原子的精確運動，不如說是
玻爾茲曼（Boltzmann）看到，可以簡單地利用原子以一定速度和行進的機率來建立工作理論。
玻爾茲曼已將自己送到物質內部。
他曾想像過一個在我們日常生活現實之下的世界，並找到了一種數學來描述它。
在這種規模下，玻爾茲曼有一天將設法解開能源的最深奧秘訣，儘管他的理論遭到廣泛敵視。
玻爾茲曼的思想引起了極大的爭議。
今天我們認為原子是理所當然的。
我們將原子視為理所當然的原因恰恰是因為玻爾茲曼的數學與實驗完美地結合在一起。
許多玻爾茲曼的同時代人都以強烈的敵對態度看待他關於原子的觀點。
但玻爾茲曼時代有著名的的物理學家不買單。
他們為什麼會呢？在那時候沒有人看過原子。
如何將這些粒子視為真實粒子？
玻爾茲曼在維也納舉行的原子理論講座之一
偉大的奧地利物理學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach）站起來簡單地說：“我不相信原子存在！”
這既簡單又不屑一顧。
而對於像馬赫這樣受人尊敬的科學家發表這樣的評論，真是是雙重打擊。
他們爭辯說：“不，原子不存在。我們無法觀察到它們。“
玻爾茲曼的批評家說，他是一個幻想家。
但是玻爾茲曼是對的。他比任何人都敢於深入現實
並且看到宇宙可以由原子假說建立並通過機率數學來理解。
19世紀科學的基礎和確定性開始崩潰。
當玻爾茲曼凝視著他勇敢的新原子世界時
他開始意識到他對宇宙的新視野，其中包含對科學最大謎團之一的解釋。
玻爾茲曼看到原子可以揭示熱力學第二定律為何成立，自然為何參與不可逆過程。
原子有能力揭示熵的真正含義以及為什麼熵必須一直增加。
基本上，我們看到的一切都是萬億萬億個原子和分子的集合。
這是他洞悉熵和第二定律的關鍵。
玻爾茲曼看到克勞修斯看不見的東西。
為何一個灼熱的物體總是會冷卻下來的真正原因。
想像一下杯熱水。
裡面的原子在四處亂跑。
但是當他們吵鬧時，物體邊緣的原子
將它們的一些能量轉移到桌子表面的原子上。
這些原子然後撞到它們的鄰居，
熱能緩慢而自然地散佈和擴散。
整個系統已經從一種特殊的，有序的狀態（能量集中在一個位置）變成了無序狀態。
相同數量的能量分佈在更多原子之間。
玻爾茲曼的聰明才智認為，整個過程可以用數學來描述。
玻爾茲曼的偉大貢獻是，
玻爾茲曼的最大貢獻是他可以給數字加上數字。
因此，他能夠導出一個公式，能夠計算系統的混亂度。
這是玻爾茲曼的著名方程。
這將是他對科學的不懈貢獻，
因此，它被刻在他在維也納的墓碑上。
該方程式實質上意味著雜亂無章的事物比它們整齊有序的方式更多。
這就是為什麼，宇宙將總是變得更加混亂。
事情將從有序變為無序。
這是一條法律，適用於從掉落的杯子到燃燒的星星的所有事物。
我們每天喝的一杯熱茶。
這些都表達了宇宙從有序到無序的趨勢。
混亂是一切的命運。
克勞修斯表明，他所說的熵一直在變大。
現在，玻爾茲曼揭示了熵的真正含義實際上是對事物混亂的一種度量。
能量正在崩潰。
現在，正如我們所說的那樣，它正在崩潰。
所以第二定律全是關於熵的增加。
這只是一種說事情變得更糟的技術方法。
玻爾茲曼的熱情和浪漫的情感以及對數學的信念使他成為科學史上最重要的發現之一。
最後他一生中遭到攻擊和嘲笑的想法最終被接受。
而且，它們成為了新的科學正統觀念。
最後，沒有逃避的熵，這是統治我們所有人的從秩序到衰變和無序的最終舉動。
玻爾茲曼方程包含了從熱水到人類生命再到宇宙本身的所有生命。
熱力學第二定律說，宇宙本身必須在某一天達到最大熵，最大混亂的程度。
因此, 我的房間也無法避免混亂
現在才知道房間亂
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