第十四章 宇宙自殺之迷

深空之下 第十四章 宇宙自殺之迷

從熵的角度出發，熱力學第二定律可以被描述為：不可逆熱力過程中，熵的微增量總是大于零。

那么……問題來了，熵到底是什么？

在統計學意義上，熵度量的是系統的無序度，也就是說，系統越雜亂無章，它的熵值越大。

簡而言之，熱量從熱的地方，流到冷的地方，經過足夠的時間，所有的熱量都會平均。這都是顯而易見的特性，毫無神秘之處：開水變涼，冰塊融化。要想把這些過程顛倒過來，就非得額外消耗能量不可。

但就是這么簡單的定律，太讓人討厭，讓人對世界充滿了絕望。

科學家寧愿沒有發現它，甚至有人因為它自殺。

就最廣泛的意義而言，熱力學第二定律認為，宇宙的“熵”與日俱增。

例如，機械手表的發條總是越來越松；你可以把它上緊，但這就需要消耗一點能量。這些能量來自于你吃掉的一塊面包，做面包的麥子，在生長的過程中需要吸收陽光的能量；

太陽為了提供這些能量，需要消耗它的氫來進行核反應。

總之，宇宙中每個局部的熵減少，都須以其它地方的熵增加為代價。

“在一個封閉的系統里，熵總是增大的，一直大到不能再大的程度。這時，系統內部達到一種完全均勻的熱動平衡的狀態，不會再發生任何變化，除非外界對系統提供新的能量。”

但對宇宙來說，是不存在“外界”的。因此，宇宙一旦到達熱動平衡狀態，就完全死亡，這個最終的結果，簡稱為“熱寂”。

到那時，恒星熄滅，黑洞死亡，所有的原子幾乎均勻分布在宇宙空間，所有空間溫度相同。

到了熱寂時代，微小尺度的量子事件成為最終主導。

“熱寂”，是人類對宇宙結局的一大猜想。

對于整個宇宙到達熱寂，至少需要101000年，對于人類來說，這個結局還過于遙遠。

所以，讓我們回到更小一點的角度來描述“熵增理論”。

一間房子，如果無人打掃，隨著時間的流逝，必然會沾滿灰塵。這個時候，我們可以認為，房間的無序程度增加了，也就是代表整個房間的熵自發地增加。

如果有人進入房間打掃，房間變得干凈，是不是房間的熵減小了呢？

是的，局部熵減小了，但是“人房間”的熵并沒有減小。

人在打掃的過程中消耗了體力，這導致了“房間”這個孤立系統的熵減小。由于能量轉化過程會不可避免地產生不能做功的熱能，所以這個增量，是大于“房間被打掃干凈”帶來的無序度減少的。

從總體來看，“人房間”系統的熵值還是增加了。

對于這個熵增結論，科學家們非常不滿，這意味著世界的無序程度一直在增加，未來是不美好的。

為了找出一個更有力的反例，人們試圖創造永動機或者其他的方式，來規避熵增。

1871年，英國物理學家麥克斯韋設想了這樣一個實驗：有一個箱子被一塊板一分為二，板上有一個活門，由一個從海加爾山抓來做苦力的小精靈把守。

小精靈能測量氣體分子的速度，對于右邊來的分子，如果速度快，他就打開門讓其通過，速度慢就關上門不讓通過。

對于左邊來的分子，則速度慢的就讓通過，速度快的就不讓通過。

一段時間以后，箱子左邊的分子速度就會很快，右邊則會很慢。

這意味著箱子的無序度降低了，熵減少了。

機智的麥克斯韋還假定，活門既無質量也無摩擦，那么在這一過程中小精靈并沒有做功，這不就違反了熱力學第二定律嗎？

直到60年后，這個問題才被圓滿解決。

匈牙利物理學家西拉德提出，做功的是小精靈的“智能”。

他認為，獲取信息的觀測過程（小精靈判斷分子的速度快慢）需要能量，必然會引起熵的增加，其數量不少于因分子變得有序而減少的熵。

這樣，由箱子、分子和小精靈組成的整個系統，就仍然遵守熱力學第二定律。

現在回頭來看，獲取信息需要額外做功是順理成章的，然而在19世紀末，睿智如麥克斯韋也沒有看出小精靈的“觀測能力”，對箱子分子小妖系統的影響。

直到20世紀，物理學家們才意識到，“觀察者”在量子力學中扮演的重要角色后，信息與物理的關系才被理解。

那么有人又會問了：既然自然界的所有過程最終都趨于無序，那么為何會有生命這種高度有序的存在呢？

在這個哲學問題的思考上，薛定諤在上世紀四十年代寫的《生命是什么》一書中提出，生命從環境中抽取“有序”來維持自身的“有序”。

吃喝是攝取“有序”的過程，食物的有序度經過消化被降低，最終以拉撒的方式將“無序”排放回環境。

另外，生物會通過散發熱量，把生理過程中產生的剩余熵排放到環境中。溫血動物較高的體溫，有利于更高效地排除熵，因而能產生更強烈的生命過程）

就總體而言，排放的熵要大于攝取的負熵，所以滿足熵增原理。

在這個意義上，生命，尤其是智慧生命的出現，加快了能量的均布，大力促進了宇宙的無序化進程！

“我們猜測，宇宙嫌棄整個熱寂的過程實在太慢，由此創造了生命，是不是如此呢？”

舉個例子，燃燒煤、石油、天然氣的行為，釋放了原本儲存在化石燃料內部的能量，使其以輻射、熱傳遞等形式更快地分布到了環境中，而核能的利用，甚至使生命有能力釋放原子內部的能量。

如果把熵增過程比喻為拆遷，那么，智慧生物就好比宇宙請來的城管。

等級越高的文明，越能夠幫助宇宙回歸熱寂。

如此看來，宇宙的目的，像不像一場精心策劃、情節波瀾壯闊的自殺？

但是，宇宙為何要自殺？為何想要回歸熱寂？

為何熵會自發地增加，而不會自發減少？

為何要設定這樣的規則？

很遺憾，這是一個宇宙級別的哲學問題，我們并不知道答案。

以上部分是熱力學方面的熵增理論。

我們可以將“熵”這個概念推廣到其他的方方面面，發現它無處不在。

譬如說一杯水，滴入一滴墨水后，因為分子間的熱運動，它將會慢慢擴散，直到墨水均勻分布。墨水從有序變得無序，想要恢復原先的樣子，變得極為困難。

這就是一個熵增的過程。

一堆沙子，花費大力氣堆成圓錐，它會慢慢倒塌……這也是熵增的過程。

宇宙在腐朽，人類世界的萬事萬物也在腐朽。

生命，這種高度有序的存在，是一種低熵體。但生命體亦不是永恒的，單個生命也會生病、衰老。

一個人從誕生開始，熵就在不停地變化，直到死亡到來的那一刻，代表其個體的熵增加到最大值。

這種熵是可以模糊量化的，是具體的，我們可以用身體健康指標、壽命等進行簡單地代替。

如果因為合理的生活方式，或者某些科技，相當于為生命體攝入了負熵流，其熵增將會變得更加緩慢，甚至減小也有可能。

但總體而言，衡量個體的熵，依舊是緩慢增大的過程，直至個體死亡。

然后，我們再來談文明。

宇宙中沒有什么是永恒的，我們假設，文明也有自己的熵值，但文明的熵更加抽象。

很難直觀地計算，文明的熵究竟有多大。它時時刻刻不停地變化，只能根據一些表現來進行簡單地估算。

在地球時代，王朝更換，政權變更，各種各樣的理由有很多，但最終，否可以用熵來衡量其中的秩序程度？

影響文明熵的因素有很多，包括但不限于外界環境、科技、社會制度、人口數目、人口質量等等。

特別是科技因素，是相當顯著的負熵流，只要科學能一直進步下去，文明就能很簡單地保持強盛……

若文明熵增假設成立，我們就要小心了，因為熵總是會自發地增大，我們必須要想方設法，控制其熵增，無論是社會因素、還是科技因素。

否則，文明的寂滅將成為必然事件。

從這個角度講，明天是不美好的……按照熵增理論，明天只會自然而然變差，而不會自然而然變好。

這也是宇宙哲學樹上的一條假設。

宇宙社會學家海格爾教授。rw

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