第十四章 宇宙自杀之迷

    从熵的角度出发，热力学第二定律可以被描述为：不可逆热力过程中，熵的微增量总是大于零。

    那么……问题来了，【熵】到底是什么？

    在统计学意义上，熵度量的是系统的无序度，也就是说，系统越杂乱无章，它的熵值越大。

    简而言之，热量从热的地方，流到冷的地方，经过足够的时间，所有的热量都会平均。这都是显而易见的特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰块融化。要想把这些过程颠倒过来，就非得额外消耗能量不可。

    但就是这么简单的定律，太让人讨厌，让人对世界充满了绝望。

    科学家宁愿没有发现它，甚至有人因为它自杀。

    就最广泛的意义而言，热力学第二定律认为，宇宙的“熵”与日俱增。

    例如，机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧，但这就需要消耗一点能量。这些能量来自于你吃掉的一块面包，做面包的麦子，在生长的过程中需要吸收阳光的能量；

    太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。

    总之，宇宙中每个局部的熵减少，都须以其它地方的熵增加为代价。

    “在一个封闭的系统里，熵总是增大的，一直大到不能再大的程度。这时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能量。”

    但对宇宙来说，是不存在“外界”的。因此，宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，这个最终的结果，简称为“热寂”。

    到那时，恒星熄灭，黑洞死亡，所有的原子几乎均匀分布在宇宙空间，所有空间温度相同。

    到了热寂时代，微小尺度的量子事件成为最终主导。

    “热寂”，是人类对宇宙结局的一大猜想。

    对于整个宇宙到达热寂，至少需要10^1000年，对于人类来说，这个结局还过于遥远。

    所以，让我们回到更小一点的角度来描述“熵增理论”。

    一间房子，如果无人打扫，随着时间的流逝，必然会沾满灰尘。这个时候，我们可以认为，房间的无序程度增加了，也就是代表整个房间的熵自发地增加。

    如果有人进入房间打扫，房间变得干净，是不是房间的熵减小了呢？

    是的，局部熵减小了，但是“人 房间”的熵并没有减小。

    人在打扫的过程中消耗了体力，这导致了“房间”这个孤立系统的熵减小。由于能量转化过程会不可避免地产生不能做功的热能，所以这个增量，是大于“房间被打扫干净”带来的无序度减少的。

    从总体来看，“人 房间”系统的熵值还是增加了。

    对于这个熵增结论，科学家们非常不满，这意味着世界的无序程度一直在增加，未来是不美好的。

    为了找出一个更有力的反例，人们试图创造永动机或者其他的方式，来规避熵增。

    1871年，英国物理学家麦克斯韦设想了这样一个实验：有一个箱子被一块板一分为二，板上有一个活门，由一个从海加尔山抓来做苦力的小精灵把守。

    小精灵能测量气体分子的速度，对于右边来的分子，如果速度快，他就打开门让其通过，速度慢就关上门不让通过。

    对于左边来的分子，则速度慢的就让通过，速度快的就不让通过。

    一段时间以后，箱子左边的分子速度就会很快，右边则会很慢。

    这意味着箱子的无序度降低了，熵减少了。

    机智的麦克斯韦还假定，活门既无质量也无摩擦，那么在这一过程中小精灵并没有做功，这不就违反了热力学第二定律吗？

    直到60年后，这个问题才被圆满解决。

    匈牙利物理学家西拉德提出，做功的是小精灵的“智能”。

    他认为，获取信息的观测过程{小精灵判断分子的速度快慢}需要能量，必然会引起熵的增加，其数量不少于因分子变得有序而减少的熵。

    这样，由箱子、分子和小精灵组成的整个系统，就仍然遵守热力学第二定律。

    现在回头来看，获取信息需要额外做功是顺理成章的，然而在19世纪末，睿智如麦克斯韦也没有看出小精灵的“观测能力”，对箱子--分子--小妖系统的影响。

    直到20世纪，物理学家们才意识到，“观察者”在量子力学中扮演的重要角色后，信息与物理的关系才被理解。

    那么有人又会问了：既然自然界的所有过程最终都趋于无序，那么为何会有生命这种高度有序的存在呢？

    在这个哲学问题的思考上，薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》一书中提出，生命从环境中抽取“有序”来维持自身的“有序”。

    吃喝是摄取“有序”的过程，食物的有序度经过消化被降低，最终以拉撒的方式将“无序”排放回环境。

    另外，生物会通过散发热量，把生理过程中产生的剩余熵排放到环境中。温血动物较高的体温，有利于更高效地排除熵，因而能产生更强烈的生命过程}

    就总体而言，排放的熵要大于摄取的负熵，所以满足熵增原理。

    在这个意义上，生命，尤其是智慧生命的出现，加快了能量的均布，大力促进了宇宙的无序化进程！

    “我们猜测，宇宙嫌弃整个热寂的过程实在太慢，由此创造了生命，是不是如此呢？”

    举个例子，燃烧煤、石油、天然气的行为，释放了原本储存在化石燃料内部的能量，使其以辐射、热传递等形式更快地分布到了环境中，而核能的利用，甚至使生命有能力释放原子内部的能量。

    如果把熵增过程比喻为拆迁，那么，智慧生物就好比宇宙请来的城管。

    等级越高的文明，越能够帮助宇宙回归热寂。

    如此看来，宇宙的目的，像不像一场精心策划、情节波澜壮阔的自杀？

    但是，宇宙为何要自杀？为何想要回归热寂？

    为何熵会自发地增加，而不会自发减少？

    为何要设定这样的规则？

    很遗憾，这是一个宇宙级别的哲学问题，我们并不知道答案。

    以上部分是【热力学方面的熵增理论】。

    我们可以将“熵”这个概念推广到其他的方方面面，发现它无处不在。

    譬如说一杯水，滴入一滴墨水后，因为分子间的热运动，它将会慢慢扩散，直到墨水均匀分布。墨水从有序变得无序，想要恢复原先的样子，变得极为困难。

    这就是一个熵增的过程。

    一堆沙子，花费大力气堆成圆锥，它会慢慢倒塌……这也是熵增的过程。

    宇宙在腐朽，人类世界的万事万物也在腐朽。

    生命，这种高度有序的存在，是一种低熵体。但生命体亦不是永恒的，单个生命也会生病、衰老。

    一个人从诞生开始，熵就在不停地变化，直到死亡到来的那一刻，代表其个体的熵增加到最大值。

    这种熵是可以模糊量化的，是具体的，我们可以用【身体健康指标】、【寿命】等进行简单地代替。

    如果因为合理的生活方式，或者某些科技，相当于为生命体摄入了负熵流，其熵增将会变得更加缓慢，甚至减小也有可能。

    但总体而言，衡量个体的熵，依旧是缓慢增大的过程，直至个体死亡。

    然后，我们再来谈文明。

    宇宙中没有什么是永恒的，我们假设，文明也有自己的【熵值】，但文明的熵更加抽象。

    很难直观地计算，文明的熵究竟有多大。它时时刻刻不停地变化，只能根据一些表现来进行简单地估算。

    在地球时代，王朝更换，政权变更，各种各样的理由有很多，但最终，否可以用熵来衡量其中的秩序程度？

    影响文明熵的因素有很多，包括但不限于外界环境、科技、社会制度、人口数目、人口质量等等。

    特别是科技因素，是相当显著的负熵流，只要科学能一直进步下去，文明就能很简单地保持强盛……

    若【文明熵增假设】成立，我们就要小心了，因为熵总是会自发地增大，我们必须要想方设法，控制其熵增，无论是社会因素、还是科技因素。

    否则，文明的寂灭将成为必然事件。

    从这个角度讲，明天是不美好的……按照熵增理论，明天只会自然而然变差，而不会自然而然变好。

    这也是宇宙哲学树上的一条假设。

    ——宇宙社会学家海格尔教授。