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。

那麽……問題來了，【熵】到底是什麽？

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。

但就是這麽簡單的定律，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。這些能量來自於你吃掉的一塊面包，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。

“在一個封閉的系統裏，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，房間變得幹凈，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“房間被打掃幹凈”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。

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，那麽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，信息與物理的關系才被理解。

那麽有人又會問了：既然自然界的所有過程最終都趨於無序，那麽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《生命是什麽》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。