3.1 心急喝不了热牛奶:时间可以倒流吗?
导读:时间只能向前吗?这跟能量、秩序有什么关系?虽然背后的原理有点复杂,但道理其实就在一杯牛奶当中......
又是一个周五的傍晚,一家人收拾好东西装到车上,上路了。到了宿营地,天气有点冷,妹妹提议喝些热牛奶再睡觉。
妈妈从冷藏箱里拿出一盒冰鲜牛奶,倒在小锅里,放在炉子上,点着火。然后她和爸爸一起支帐篷。等他们回来时,牛奶溢了出来,妈妈赶紧关火。
她把牛奶倒在几个杯子里,分给大家。妹妹急不可待地端起来,她的手马上缩了回来,杯子有点烫。哥哥拿起杯子,嘴唇碰了碰杯子,想喝一口,但还是放下了。
“妈妈,牛奶太烫了。”妹妹说。
“嗯,那就凉一会吧。”妈妈说道。
“这些热量就被白白浪费了。”哥哥说道。
“可是,这是我们要付出的代价。”爸爸说道。
“能不能发明一个炉子,不浪费一点多余的能量?”哥哥问道。“在家里,我们可以用微波炉热奶,这样在封闭的空间里散失的热量要比敞开加热要小很多。”
“对。这样加热的效率更高,可是微波炉的效率也不是百分之百的。”爸爸说道。
“为什么呢?”哥哥说道。
“你有没有注意到微波炉的下面有一些散热孔?微波炉工作时,它的外壳会变热,因为它的一部分能量也转换成了热量,通过散热孔发散出去。”爸爸说道。
“这么说,我们没法找到一个完全不损失任何能量的加热方法?真的很遗憾。”哥哥说道。
在等牛奶变凉的时候,爸爸让哥哥帮忙给床垫打气。过了一会,爸爸让哥哥和妹妹摸一下气筒壁,他们感觉到有点烫。
“这就对了”,爸爸说道,“我给充气床垫打气,本来是把我的动能转换为床垫的压力。一部分能量通过气筒里活塞的摩擦转换成热量,另一部分能量由于压缩的气体分子不停相互碰撞,也转换为热量。很可惜,这些热量都通过空气散失掉了。既然这一部分能量无可挽回地散失掉了,所以我们也无法回到原来的状态了。”
“这说明什么?”哥哥问道。
“这说明,如果把能量从一种形式转换到另外一种形式是单向不可逆的。”爸爸说。
“就好像你在网上了一件衣服,虽然7天无理由退货,可要是洗过了就没法退了。”妈妈说。
“而且,伴随这一个过程的时间也是不可逆的,就好像时间有了一个单向的箭头[1]。”爸爸说。
“永远向前,无法后退吗?”哥哥问道。
“对。”爸爸说。
说话的功夫,牛奶终于不烫了,大家终于喝到了温度适宜的牛奶。
“妈妈,我今晚想睡吊床,可以吗?”妹妹说话了。
“恐怕晚上有点凉,不过睡觉前,你可以在吊床上晃一会。”妈妈说。
爸爸和妈妈在两棵树之间架起吊床,爸爸把妹妹放了进去。然后轻轻地摇了一下。
爸爸和哥哥继续聊天,他们聊得很热烈。
“爸爸,接着摇!”妹妹说道。
爸爸光顾着说话,忘记摇吊床了,吊床停了下来。
“就像这个吊床”,爸爸接着对哥哥说,“我把它推高,然后放手,本来它是摆会到原来的高度,一直摆下去,可是它最终停了下来。”
“这是为什么呢?”
“同样的原因:吊床的绳子和树干不断摩擦,变成了热量消耗掉,所以吊床的能量越来越少,所以摆得越来越低。”
“哦。”哥哥楞了一下。
要睡觉了,大家钻进帐篷。爸爸拿出两盏露营灯,它们是太阳能和电池两用的,放在在帐篷的两头。哥哥仔细看了看着两盏露营灯,发现它们的深色的太阳能电池板。
“它是怎么工作的?”哥哥问道。
“很简单,当光线照到太阳能电池板上,里面的光电二极管吸收了光能,转换成光电流,给电池充电。需要照明时,电池放电,LED灯把电能转换成光能。”爸爸说道。
“那如果用一台露营灯去照射另外一台露营灯的太阳能电池板,会发生什么呢?”哥哥机智地问道。
“这个嘛?我没试过,不过,我可以告诉你,这和把一杯牛奶在两个杯子里倒来倒去可不太一样。”
“为什么呢?”
“在两个杯子里,把牛奶倒来倒去,牛奶不会少。可是如果用一台露营灯照射另外一台露营灯给它充电,第一台露营灯的电放完后,再用第二台露营灯照射第一台露营灯的太阳能电池给它充电,如此反复。你的意思是这样吗?
哥哥点了点头。
“这样,用不了几次,两台露营灯里的电很快会用光。”
“为什么呢?”
“因为从光到电和从电到光的转换都伴随着很大的损耗。就好像从一个杯子倒牛奶到另外一个杯子时,无论你多么小心,总有一些牛奶洒了出来。”爸爸说道。
“如果我非常小心而且有耐心呢?会不会没有能量的损耗呢?”哥哥问。
“不会,这就是所谓的热力学第二定律。这个定律告诉我们,能量转换比如伴随着损耗,毫无例外。”爸爸说道。
“那这意味着什么呢?”
“这意味着事情不能轻易逆转。换句话说,时间是单向的,而不是可逆的。时间一旦有了一个箭头,就只能从过去流到现在和未来,而不是反过来。”爸爸说道。
“换句话说,任何事情,无论是美好的还是悲伤的,都只发生一次,唯一的一次。”妈妈说道。
“比如你和爸爸?”妹妹突然问道。
妈妈的眼睛里露出了一丝不易察觉的羞涩,她微笑着说,“是的,孩子。最美好的事情只发生一次,而最美好的人也只有一个。”
“我的妈妈也是世界上唯一的。”妹妹骄傲地说道,妈妈惊讶地看着妹妹,她的眼睛缓缓眨了两下,目光里充满了喜悦。妹妹接着说道: “因为谁也没法替代妈妈再生我、疼我一次了。”
“宝贝,你的话真贴心”,妈妈温柔地说道,“你也是我世上唯一的妹妹。”妈妈轻吻了妹妹的额头。
过了一会,露营灯熄灭了,月光洒在他们的帐篷上。一阵轻声的“晚安”之后,帐篷里安静了下来。
注:
- 彼得·柯文尼 / 江涛,《时间之箭》,湖南科学技术出版社,2002
- 本连载是 《时间之问·少儿版》。
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