熵與引力，我哪裡理解的不對嗎？

09-05

我不知道我這個是不是一個問題，也許是我沒想清楚吧，反正發上來，如果有人願意幫我整理一下思路那最好，
沒有的話就算我的一個讀書筆記吧.......
《宇宙的機構》第六章熵與引力

看得有些糊塗：我用圖和文字描述一下我的理解：我的描述肯定是錯的，但是可能就是那個地方有些糊塗。
先明確兩個我理解的概念：
1.物質聚集在很小的空間內時的熵，會比釋放到較大空間時的熵低。（書中汽水的氣體在瓶中的熵較低，就是混亂程度較低）
2.熵熵物質的混亂程度，混亂程度越高熵越高。

奇點是空間壓縮到極致的點吧？它在大爆炸時空間極具暴漲，熵會在段時間內極具升高。如圖的AB段兒.
隨著引力的逐步起作用,引力做功使物質開始聚集,表現為熵減,如圖BC段兒。
接著壓力逐步增大，產生核反應釋放出光和熱，如圖CD段兒。
現在讓我糊塗的是：書里說：黑洞是高熵體，是宇宙中最有效的熵生成器？
可是我理解到的是：黑洞將物質不斷吸入極小的空間，應該是比黑洞外部熵低啊？

（就像氣體在汽水瓶里，引力做功了啊！？）
熵生成器：就像恆星由於引力做了功使他成為低熵體，通過光輻射和熱輻射使宇宙更加混亂（混亂是熵增高）
黑洞只吞噬物質到狹小的空間，應該是如圖的：BC段兒？那應該說黑洞是低熵體啊？黑洞也有能量輻射使得宇宙更加混亂嗎？我哪裡理解有誤呢？
邏輯有點兒混亂吧？以後想清楚了再改，呵呵

這個問題很有意思。前面的幾位答主都說的很正確，但是可能沒那麼容易懂。

首先請明白一點，根據熱力學第二定律(second law of thermodynamics)，不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。又稱"熵增定律"，表明了在自然過程中，一個孤立系統的總混亂度(即"熵")不會減小。

就我們目前所學知識所知，宇宙是一個孤立系統。宇宙本身在不斷地膨脹，宇宙的總熵在持續增加。但是在宇宙這個大的不斷增熵的系統中，存在著一些負熵系統，這些系統向宇宙中別的系統輸出熵來降低自己的熵，因此，可以在大的熵增的趨勢下能不斷降低自己的熵。什麼樣的系統是這樣的呢？生命。生命將自己的熵強行塞給別的系統來降低自己的熵來維持自身的存在。這種系統被稱為低熵體，低熵體的存在本身就是一種熵增的行為（對宇宙這個孤立系統而言），而且是以別的系統的更快的熵增為代價的。從這個角度來看，生命毫無疑問是一個卑鄙無恥、以鄰為壑的小人。

恆星也是一種低熵體。為什麼呢？由於引力做了功使分散的物質聚集，沒錯，降低了熵，但是！請注意，降低是誰的熵？宇宙的嗎？不是！降低的是它恆星自己的熵！它是怎麼降低的？和生命一樣，它吸引物質聚集，就會散發大量光輻射和熱輻射，使宇宙更加混亂。這裡你可能有疑惑了，為什麼散發光輻射和熱輻射會增加宇宙的熵--很簡單，能量與物質相比都是高熵的。這個很容易理解，物質是一個個粒子排列出來的，這是多麼地有序，它遠遠超過了宇宙平均水平，而能量呢？愛因斯坦質能方程告訴我們，質量就是能量，能量也是質量，它們只不過是同一個東西的兩種形態罷了。所以光子是沒有質量的，因為它是純能量。所以對於質能方程很多人只看到了一面，沒看到另一面，質量可以轉換成能量（例如原子彈，值得一提的是，無論是核裂變還是核聚變，模擬的都是恆星內部的裂變與聚變過程，但比恆星的威力和規模小多了，這就是人類增熵的能力（呵呵），只不過增的是宇宙的熵），同樣能量也可以變成質量（例如上帝粒子），也就是實實在在的物質。這看起來有點像魔法了，但確實就是這樣。歐洲強子對撞機里的上帝粒子就是這樣產生的。所以能量是高熵狀態，如果把一束光變成了一個物體（實際上很難），那就是熵變低了。一般而言，我們更擅長正向（原子彈），而不擅長反向（上帝粒子）。因為反向是熵減，且違背常識，難度很大，但是它並不是不可能的。同樣的，所謂的熵減仍舊是對這個小系統本身而言，對於宇宙而言，仍舊是熵增，而且還增的更快更厲害（宇宙也是日了狗了）。

黑洞也是一樣的道理。從某種角度來說，黑洞也是恆星，而且與恆星在很多方面都是相似或者一致的。以前科學家們認為，黑洞只吞噬物質，不吐出物質，也不向外輻射任何能量。然而，1974年，霍金宣稱黑洞應該有能力發出熱輻射，即釋放亞原子的粒子，最後完全耗盡自身的能量。科學界將這種黑洞輻射稱為「霍金輻射」。如今，兩組獨立的研究者已經發現證據支持「霍金輻射」理論。「霍金輻射」理論的提出，意味著黑洞並不是完全「黑暗」的，並且黑洞也不會永遠存在。霍金解釋說，一個黑洞周圍巨大的引力場會導致黑洞產生「對偶」的粒子，即粒子和反粒子。根據量子理論，在真空中粒子和反粒子是不斷產生的。根據「霍金輻射」理論，如果在黑洞的邊緣即「視界」產生了粒子和反粒子，那麼有些活躍的粒子有可能擺脫黑洞的巨大引力而逃離，這就是霍金所說的「黑洞熱輻射」。那些不太活躍的粒子可能最終因黑洞的巨大引力而被黑洞吞噬。由於黑洞輻射的存在，黑洞會慢慢地失去質量，最終消亡。從這個角度來說，黑洞和恆星、甚至和生命都沒有什麼區別：都是低熵體，吸收物質，散發能量，降低自身熵，提高宇宙熵，最後會消亡。另外，書中說黑洞是高熵體，那是對於宇宙而言的，它是個不折不扣的禍害，不斷給宇宙增熵；然而對於它自身而言，卻是個低熵體，熵都塞給別人了，哪還來的熵？正因如此，書中稱黑洞是是宇宙中最有效的熵生成器。我們還真沒資格罵人家，因為我們自己也是一個個微型熵生成器。

你的兩個理解。第一個是錯的，熵不是僅僅依賴於體積的。對於一個簡單系統，熵是體積和溫度的函數，當體積變小溫度升高時，熵變大變小或不變都有可能。特別地，對於一個自發過程，熵是增大的(即使體積變小)。一個例子是，你考慮一箱子氣體，蓋子是可以活動的。你再突然放一個重物到蓋子上，蓋子就必須下行，最終系統達到新的平衡。這是一個自發過程，且不可逆(沒有別的因素的話，系統不會從末態突然把重物頂回去)。你可以算一下，系統末態熵大於初態熵，即使箱子體積變小了。你的第二條理解沒問題，熵是無序的量度。至於黑洞，它只吃不吐，過程不可逆，末態熵當然大於初態熵，說它是熵發生器毫無問題，而且現在的觀點是，它的熵遠遠大於比同體積任何系統的熵。

首先，你熵增的兩段理解是沒有問題的。熵減那段嘛，研究對象呢？局部還是宇宙整體，正則系統還是微正則系統？對宇宙這個系統來說的話，只有局部聚集，宇宙是膨脹的，肯定是熵增，不會有熵減，這是大爆炸模型的基本觀點。

自然的本能趨向是越來越無序，熵越來越增大。前提是，在一個孤立系統內。

黑洞是高熵體，所以自然吸引物質。但，因為「你」能創造能思考黑洞問題，則「你」又在黑洞

外，黑洞就不是孤立系統。從混沌到有序到生命是什麼，生物賴負熵而生存。

黑洞會產生輻射，把能量最大混亂化輻射出去，漏了這點

熱二定律說的是孤立系統熵不自發減小，由於人平時具體接觸的都是宇宙中的局部系統，引力影響基本可以忽略，所以總結成了熵增定律。在引力參與的大尺度的宇宙中，總熵是不變的，否則就會出現熱寂，一切物質的自由能為零，那麼物質運動就會停止，違反物質運動的絕對性原理。那麼有的地方熵減小就有的地方熵增大，是一個不停的隨機漲落的過程。在恆星形成時可以理解為一個熵減過程（以引力角度看，引力做功熵增），但是一旦引發核聚變，就開始產生更重的能級更低的高熵元素，是一個熵增過程（以引力角度看，聚變放出輻射在遠方轉化為質量，引力勢能增加所以熵減），一旦聚變到鐵元素通過超新星爆發過程形成了比鐵更重的元素又是一個熵減過程，因為比鐵更重的元素又具有裂變能（以引力角度看，超新星就是塌方，是引力做功過程，所以熵增）。而這些重元素又會衰變放出能量慢慢變為較輕的元素又是一個熵增過程（以引力角度看輻射出去的光子又被吸收轉化為質量，引力勢能增加所以熵減小）。物質就是不斷在漲落中發展的。

剛剛讀懂題主的矛盾，如果以引力角度看，熵增熵減過程剛好相反。加了括弧內的內容。