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，熵的微增量總是大於零。更新最快

    那麼……問題來了，【熵】到底是什麼？

    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。

    但就是這麼簡單的定律，太讓人討厭，讓人對世界充滿了絕望。

    科學家寧願沒有發現它，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，機械手錶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。這些能量來自於你吃掉的一塊麵包，做麵包的麥子，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。

    &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，恆星熄滅，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。

    &寂」，是人類對宇宙結局的一大猜想。

    對於整個宇宙到達熱寂，至少需要10^1000年，對於人類來說，這個結局還過於遙遠。

    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，房間變得乾淨，是不是房間的熵減小了呢？

    是的，局部熵減小了，但是「人+房間」的熵並沒有減小。

    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。由於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，是大於「房間被打掃乾淨」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。

    對於這個熵增結論，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。

    &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，對於右邊來的分子，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。

    對於左邊來的分子，則速度慢的就讓通過，速度快的就不讓通過。

    一段時間以後，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，那麼在這一過程中小精靈並沒有做功，這不就違反了熱力學第二定律嗎？

    直到60年後，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，其數量不少於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後，信息與物理的關係才被理解。

    那麼有人又會問了：既然自然界的所有過程最終都趨於無序，那麼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《生命是什麼》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」排放迴環境。

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

    就總體而言，排放的熵要大於攝取的負熵，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！

    &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，那麼，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，我們並不知道答案。

    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，滴入一滴墨水後，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。但生命體亦不是永恆的，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，相當於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。

    然後，我們再來談文明。

    宇宙中沒有什麼是永恆的，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，包括但不限於外界環境、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。