升温比降温更快，这意味着热力学第二定律错了？--头条在线-头条新闻网

本文来自微信公众号：SF 中文（ID：kexuejiaodian），作者：SF

根据热力学第二定律，热量永远高温物体传向低温物体。也就是说，物体升温的过程和物体降温的过程在本质上是一对镜像过程，都是热量从低温物体向高温物体的传递，只是方向相反，因此才有了升温和降温两种不同的现象。可是，在日常生活中，你是否留意，其实事实并非如此。

想一想，我们在日常生活中的经历，是不是升温比降温的速度更快？把食物放在微波炉中加热，仅需三五分钟，但让一杯热水变凉可能需要半个小时。类似的例子还有很多，如果依据我们在日常生活中类似的经验总结，我们似乎可以得出这样的结论：升温比降温的速度快。

那么，问题就来了：这个经验的总结与热力学第二定律相违背。前面已经提到，根据热力学第二定律，升温和降温是一对镜像过程。也就是说，升温和降温除了方向相反之外，其他没有差别，那么怎么会有变化速度的差异呢？

升温快于降温？

近期，西班牙格拉纳达大学和德国马克思・普朗克多学科科学研究所的科学家在电场中，利用二氧化硅微球体，发现了升温和降温并不是一对镜像过程。他们研究发现，正如我们在日常生活中所经历的，升温确实快于降温。

在了解这项研究之前，我们首先要知道什么是升温，什么是降温。从微观的层面来说，升温就是给系统内单个粒子输入能量，而降温则是单个粒子释放能量。要研究升温和降温的快慢，就得对系统内的每一个单个粒子进行定量的测量。

然而，对于世间的万事万物来说，它们绝大多数都是由许许多多粒子组成的系统，要测量其中的每一个单个粒子是不可能的，因为这样的测量可以用不计其数来形容。不过，如果对单个粒子进行多次测量，比如在这项研究中科学家测量了几万次，则能最大程度地反映系统内各个单个粒子的特征。

在这项研究中，科学家使用了光镊。简单来说，就是将二氧化硅的微球体放入水中，利用激光捕获二氧化硅的单个粒子。再利用电场，调节周围的水温，进而测量单个粒子的运动情况。

他们发现，在升温时，粒子经历的微观态相比于降温时更少，自然速度更快。科学家的测量结果印证了这一点。

这是不是可以说热力学第二定律错了？也不能这么说，尽管这项研究的结论证实了升温和降温是两个完全不同的过程 —— 速度不同、机制不同、路径也不同，从这个角度来说，热力学第二定律被颠覆了，但如果我们再仔细看一看热力学第二定律的表述，热力学第二定律并没有讨论热量传递的速度，只是讨论了传递方向。

对于这样的研究结论，也有科学家认为，这并不能说明热力学第二定律是错误的，而可以看作一种对热力学第二定律的补充，可以称之为“热力学第 2.5 定律”。

与膨胀的过程类似，暴胀也是宇宙的扩张行为，但暴胀发生在大爆炸之后不久，时间很短，膨胀的速度惊人。科学家推断，这个过程或许也可以用与平行宇宙碰撞来解释，而在当时，我们的宇宙是与一个更老、更大的母宇宙膨胀，并被其吸收了。

在这项研究中，科学家并没有详细描述与母宇宙的碰撞。另外，我们与体形并不小的婴儿宇宙碰撞，造成的破坏性也不小。这些破坏性大的碰撞还需要科学家进行深入的研究。

参考文献：

Heating and cooling are fundamentally asymmetric and evolve along distinct pathways | Nature Physics

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