宇宙的產生，和熱力學之間的矛盾？

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根據熱力學第一定律，質能不能被創造也不能被消滅，換句話說，宇宙不能自己產生，第二定律卻說，宇宙必定有一個開始，宇宙是怎樣被產生的，這個開始，不是自然進化的話，會是怎樣產生的？

根據第二定律，宇宙自身不是在進化，而是在退化中，分子由有序到無序，熵值一直在增加，可是人體和各種生物卻出現了逆熱力學生命現象，必定存在藍圖和能量轉化，如果進化是宇宙的普遍現象，那麼和第二定律直接矛盾，怎樣解釋才對？

關於這個問題，Youtube上的MinutePhysics和物理學家肖恩.卡羅爾（Sean M. Carroll - Wikipedia）合作，製作了一系列短片（視頻鏈接在回答末尾）

我們來看看這位物理學家的觀點吧。

在宇宙的演化過程中，熵確實是不斷增加的。這一切都起源於創造宇宙的大爆炸，那是一個熵值極小的狀態。從那一刻開始，宇宙就走上了熵增的不歸路。

你也許會覺得奇怪。大爆炸時的宇宙處於一個密度和溫度極高，物質分布十分均勻的狀態。這和我們想像的低熵系統，比如寒冷夜空中的恆星或者千姿百態的生命形式都相去甚遠，為什麼會是一種低熵狀態？

其實，在這種高密度的條件下，粒子間的引力非常大。所以，均勻分布並不是一種均衡態（equilibrium），而是一種微妙平衡下的低熵狀態。物質會在引力作用下聚集成團，形成原始恆星，原始星系和黑洞。

那麼，真正高熵狀態的宇宙是什麼樣的呢？那是物質無限稀薄的空間，這也正是我們宇宙的歸宿。空間不斷膨脹；物質不斷稀釋；恆星耗盡燃料紛紛熄滅；連黑洞也蒸發殆盡。在這樣的宇宙中，連時間也失去了意義，生命和意識也不復存在（宇宙中有哪些細思極恐之事？ - Mandelbrot 的回答 - 知乎）。

我們的夜空綴滿繁星，我們的生物圈欣欣向榮，這一切都在提醒我們，在遙遠的過去，宇宙誕生於一個的熵值極低的狀態。

當人們提到低熵體的時候，他們實際上想到的是複雜物體。複雜度和熵值是互相關聯但是又有區別的兩個概念。在宇宙演化進程中，會出現許多像生命這樣複雜度較高的物體。這些物體通常熵值比環境低，而且它們的低熵狀態也是以環境的熵增為代價而獲得的。但是，這並不意味著它們比所有簡單物體熵值低。比如，大爆炸時，宇宙處於一個十分簡單的狀態，但是它的熵值卻比任何物體都低。

以攪拌咖啡和牛奶的過程為例。

剛開始，牛奶和咖啡是分離的。這時，系統的熵值很低，並且系統的複雜度也很低：你只需要很少的信息就可以描述這杯飲料的狀態，比如下面一半是咖啡，上面一半是牛奶。

當你開始攪拌後，牛奶和咖啡開始混合，系統的熵開始升高，同時複雜度也在升高：你需要大量信息才能描述飲料的狀態。

當飲料杯完全攪拌均勻，系統的熵值已經升到最高，但是此時它的複雜度卻降到了最低：它就是一個牛奶和咖啡的均勻混合物。

宇宙漫長的生命實際上就是這樣一個攪拌咖啡的過程。大爆炸的時刻的宇宙處於一個複雜度極低的狀態；隨著宇宙演化，出現了恆星、星系、生命，複雜度逐漸增加。到達某個頂點後，宇宙本身的熵值不足以維持複雜性，複雜結構開始崩潰。直到宇宙走到了熵值極高的末日，所有複雜結構都會煙消雲散，歸於虛無。

我們現在生存在一個熵值適中，複雜度最高（可能）的宇宙。從上面攪拌咖啡的例子來看，我們就生存在第二步中那些咖啡和牛奶的渦流裡面。

地球生命所需的能量和低熵都來自恆星，其他行星上的類似生命形式（如果有的話）想必也是如此。太陽源源不斷的為地球提供能量，但是地球同時也把相同數量的能量輻射和向太空。問題是，這樣一個大公無私的地球又是從哪裡得到能量來支持自己的生物圈呢？

其實，這裡的關鍵不是能量，而是有用能量，也就是低熵狀態的能量。或者說，可以做功的能量。比如，水庫中蓄水的勢能可以驅動渦輪機發電；電池中存儲的電能可以點亮燈泡；汽油中的化學能可以推動汽車奔跑。一旦這些有用能量被用來做功後，它們的熵值就會增加，成為無用能量，就像散入環境中的熱能或噪音，無法再對周圍的環境產生改變任何。

實際上，在這些過程中，能量並沒有消失，它只是從低熵狀態轉變到了高熵狀態。而地球對太陽能量的利用也是如此。

地球從太陽得到的能量以可見光為主。這些能量被地球吸收，用來支持各種生命活動，同時能量等級下降（熵值增加），直到最後被以紅外線的形式輻射到太空里去。對於從太陽接受到每一個可見光子，地球就會向太空輻射20個紅外線光子。這個過程中能量是守恆的，而能量的熵增加到了原來的20倍。

太陽是我們有用能量的源泉，唯一的原因是：它是冰冷夜空中的一顆火熱而明亮的天體。如果整個夜空都和太陽一樣火熱，那麼地球無疑將會得到更多的能量，然後很快達到相同的溫度。這時，太陽-地球系統將會達到一個高熵的均衡態。生物圈無法得到低熵能量的輸入，毀滅也就指日可待了。

我們來看一個具體的例子。

首先，植物通過光合作用把來自太陽的能量以糖的形式儲存在水果裡面。但是，糖包含的能量比植物消耗的太陽能量少，因為有一部分能量被降級成高熵狀態的無用能量，以紅外線的方式輻射到環境中去了。

人吃掉了水果，用水果中的糖製造ATP來作為自己的能量儲備。但是，ATP中存儲的能量比糖包含的能量少。原因還是一樣：有一部分能量變成了無用能量，消散到環境中去了。

人使用ATP中蘊含的能量進行各種生命活動，比如舉起一個啞鈴。但是並非ATP中所有的能量都轉化為啞鈴的勢能。和前面一樣，其中一部分能量轉化為無用的噪音和熱。

在上面描述的能量的旅程中的每一步，來自太陽光子的能量逐漸降級，熵值增加。最後我們得到的是微微變熱的植物、細胞或肌肉，以及被輻射到太空的高熵的紅外線。能量就是在這種從低熵到高熵的轉換過程中維持這我們的生命。

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https://youtu.be/yKbJ9leUNDE
https://youtu.be/3AMCcYnAsdQ
https://youtu.be/MTFY0H4EZx4
https://youtu.be/sAMlGyaUz4M
https://youtu.be/HxTnqKuNygE

只說第二點：
非封閉系統熵減恰恰能更高效的增加系統外的熵，任何一個做功熱機都是以輸出熱量為結果的，越高效的熱機有序度越高，任何有序系統都在將熱量均勻化，也就是說系統選擇製造一個局部熵減的方式來更有效的增加熵，而要維繫熵減就必須以輸入更多能量為代價，故，進化論不僅與熱力學不矛盾，反而恰恰是統一的，有序度進化是實現熱力學第二定律的過程，而我們製造更複雜的機器和社會系統則是優化這一過程的手段
參考：
科學網—湧現之一：最可能者生存？應用熱力學定律解釋自然選擇

Eric Smith是一名新墨西哥州的聖塔菲研究所的理論物理學家，他曾明確地指出，「達爾文的競爭和選擇過程不是一個孤立的過程。它是更基本的化學競爭過程的複雜體現。」在一篇2006年發表的文章中[2]，Smith和他的同事指出自然選擇是物理中的自組織過程的高級版本，即能量加物質就可以創造有序（對於此過程我們仍舊不是很清楚）。

這類有序的自組織系統就像是人類設計的發動機，能夠持續地利用能量梯度而產生熵，並且這些有序的系統會比那些無序的一堆分子的混雜物更快地產生熵。例如地球現有的天氣系統就可以比一個均勻的、靜止的大氣系統更快地從熱帶地區傳輸熱量到極地地區。Smith指出，生命也是如此。事實上，他相信這也許恰恰是生命在原始地球環境下起源的原因，即它是一種最好地釋放當時地球上大量熱力學能量的途徑，而且它的出現是不可避免的[3]。一旦這種生物化學過程能夠進行下去，那麼後續的化學和達爾文式的選擇就成為了耗散掉地球上積壓能量的最好途徑，包括天氣系統地球熱物理的能量或者是太陽能（在光合作用被發明之後）。

人們很早就猜想到，自組織系統不僅僅比無序的系統更快地消除能量梯度，而且它的速度是所有可能中最快的一種。一些模型假設最大化熵產生可以很好的預測有關地球的氣候系統[4]、土星的Titan衛星[5]以及溶液中的晶體生長[6]等過程。但是直到最近，最大化熵產生還僅僅是一種假說——還沒有一種解釋或者理論可以告訴我們系統為什麼要趨於這種趨勢。經典熱力學在這個問題上不會幫我們的忙，因為它僅僅解釋封閉系統中的熵，這些系統沒有能量的輸入和輸出。所以經典熱力學不能告訴我們像生物體這樣的開放的非平衡系統會產生多少熵。

非孤立系統熵減（末世論不成立原理）

推論：熵減系統為了維持熵減，會逐漸需求更多的能量輸入，從而加快熵減

先說第二點，孤立系統必定熵增，非孤立熵減沒問題。
第一點，一種說法大爆炸是時間的起點(另一個論點宇宙總能量為0)，不要提之前沒能量這件事。至於宇宙一開始是不是一個混亂的系統，所謂的熵是系統可能的狀態數，一開始宇宙有多小你也不是不知道，把那麼多東西放到一個小地方你說是不是個有序的過程啊。。。
順便說一句，別成天拿平行宇宙說事，很無聊的，啥事都要扯平行宇宙沒必要啊

人需要從外界攝入能量，來維持此過程。

根據現在的一些猜測和前不久有人找到的證據，不只有一個宇宙，我們所在的宇宙的物理規律也不是用於其他宇宙，所以關於我們所在宇宙這個大整體的形成應該不能用現有的規律來解釋。比如如果有其他宇宙的物質通過未知的方式進入我們的宇宙，那隻把一個宇宙作為系統的話，能量是不守恆的。
孤立系統才是熵增的。孤立系統內的一部分可以以其他部分的熵增為代價而熵減。如果其他宇宙聯繫起來，那就不知道最大的孤立系是什麼了。雖然一些猜測是宇宙是平行的，不會有能量交換，那就不知道他們是怎麼發現的其他宇宙了，希望了解的知友能給個提示。
這是第一次在知乎回答，也扯的太多了，就匿了吧。

我們的宇宙未必是個孤立系統啊

這個宇宙一切物理定律只適用於已經產生的宇宙…（感覺很拗口）
關於第二點：大範圍來看，熵增沒有任何問題，小範圍內，由於各種力的作用會出現自組織的情況…

我有個猜想！宇宙的誕生過程會不會像是吹泡泡氣球，到了一定程度啪的一下什麼都沒了！我們就是活在氣球里雜物上細菌！

不矛盾：

質量和能量不是同一個級別的概念。先看看什麼是能量，能量最簡單的形式是動能，它的單位當中包含了質量，長度，時間。也就是說描述能量要給定一個坐標系，以質量長度時間作為坐標軸。時間和空間是能量的必要條件。光有質量，那就不會有能量。什麼是重力勢能？它取決於物體在他周圍造成的扭曲的時空以及另外一個有質量的物體。最廣為人知的例子就是引力波。兩個黑洞融合後，質量變少了，有人說質量變成了能量。錯！質量時間空間是最基本的坐標軸，而能量只是這個坐標系所描述的一個點。不是質量轉換成了能量，而是質量轉換成了時間和空間。坐標系在變化，在不同質時空坐標系下去觀察，你會發現能量在變化，才誤以為質量變成了能量。

在我看來，唯一守恆的是質時空之和。至於那些人類創造的什麼質能守恆，熱力學定律，統統是扯淡的，都會導向一個可笑的結論，那就是大爆炸假設。那特么大爆炸之前呢？哦，物理定律不適用。狗屁啦。一定有一個永遠適用的定律，上帝定的，那就是質量時間空間守恆定律。

我這算物理民科？

由於對於熱力學我只有高中水準，大概不足以回答題主的問題，從維基百科找了一點東西貼上來：

由於熱力學自身局限性（它僅適用於粒子很多的宏觀系統，它把物質視作「連續體」，不考慮物質的微觀結構。）[2]:p.3，因而在熱力學自身範疇內，定律只能作為經驗定律而不能得到解釋。如果要對定律進行解釋，需要藉助統計力學的方法。引用熵的統計力學解釋（玻爾茲曼關係）結合熱力學定律，可以對較為典型的不可逆熱力學過程進行分析，從而得出對熱力學第二定律的解釋[2]:p.288-292：

「孤立系統的自發過程總是從熱力學概率小的宏觀狀態向熱力學概率大的宏觀狀態轉變」（來自：熱力學第二定律）

從上邊一段話看可能存在可以思考這個問題的突破口：
熱力學第一定律和第二定律的適用範圍現在還並不明確，熱力學第一定律是能量守恆定律對非孤立系統的擴展，而宇宙是典型的孤立系統。熱力學主要研究宏觀系統，霍金論證過宇宙曾經存在一個奇點，在那個時候宏觀定律都失去了效率，需要用量子力學來考量；

根據熱力學第一定律，質能不能被創造也不能被消滅，換句話說，宇宙不能自己產生
這個推論題主是如何得到的我並不確定是否科學，不過就我很有限的知識對熱力學定律的理解，竊以為如果孤立系統的自發過程總是從熱力學概率小的宏觀狀態向熱力學概率大的宏觀狀態轉變，而這個過程並沒有違反質能守恆，實際上宇宙是存在產生的可能的。
這個問題已經到非常深入當前理論物理學前沿了，還是等待其他大牛解答吧