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2023.06.22 江苏

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理解人类状况的第一个基本概念是熵,或者说无序。
熵这个概念源自19世纪的物理学,物理学家路德维希·玻耳兹曼赋予了它现在的含义。热力学第二定律告诉我们,孤立系统,也就是与外界不发生任何能量传递和物质交换的系统的熵永远不会减少。封闭的系统必然会越来越紊乱、涣散、无用、无效,直到陷入一种沉寂、单调的平衡状态,并一直保持这种状态。
热力学第二定律最初是用来说明可用能量的消耗过程。当两个物体出现温差时,随着热量从高温物体传到低温物体,热量,也就是可用能量,最终不可避免地会耗散一空。正如夫兰达斯与史旺二人乐队所唱:“热不能由低温物体传到高温物体,如果喜欢你可以试试,但我奉劝你还是算了。”的确,一杯咖啡最终会冷却下来,除非你把它放在电热炉里保温。同样,当供给蒸汽发动机的煤炭烧尽时,活塞一侧的冷蒸汽就不能再推动它了,因为另一侧的热蒸汽和空气在往反方向回推。
一旦了解热并不是无形的流体,而是分子运动所产生的能量,同时两个物体之间的温差是因为分子平均速度的不同,就会对熵和热力学第二定律有一个更为普遍的、更具有统计学意义的认识。我们可以将秩序描述为一个系统中所有不同微观状态的集合,在热量传递的例子中,状态就是两个物体中所有分子的速度和位置。在所有的状态中,所能发现的有用状态(例如一个物体的温度高于另一个物体,也就是一个物体的分子平均速度高于另一个物体)恐怕只占很小一部分,而绝大多数都是无序、无用的状态(也就是两个物体之间不存在温差或分子平均速度一样)。
由此从概率上说,系统的任何一次变动,无论是某个部分的随机摆动,还是来自外部的干扰,都会将系统推向无序或者失效,这不是大自然有意如此,而是因为无序的状态数远比有序的多。假设你今天经过一个沙堡,明天它可能就不在那儿了,因为海风、潮汐、海鸥,或者小孩都有可能让沙堡的状态发生改变,而这种改变绝大多数情况下都会让这个沙堡不再像沙堡。我经常将热力学第二定律的统计学版本称为熵定律,它不仅可以用来说明热力的平衡,也可以用来解释秩序的消失。
熵与人类事务有何关系?
生命和幸福取决于无限多可能中的一组概率极小的有序安排。我们的身体是一种极小概率的分子组合,它们在其他一些极小概率因素的帮助下维持自身的秩序,其中一些形成食物,为我们提供营养,另一些则形成其他的生活资料,满足穿衣、住房等基本需求和各种爱好。地球上大多数的自然安排对我们没有任何实际的用途。因此,当事物发生变化时,如果没有人对变化进行引导,这种变化就很可能向坏的一面发展。
热力学第二定律在日常生活的各种谚语中得到广泛体现,如“土崩瓦解”“铁锈从不睡觉”“坏事总会发生”“覆水难收”“凡事只要有可能出错,那就一定会出错”,以及得克萨斯州议员萨姆·雷伯恩的名言:“任何一个傻瓜都可以踢倒谷仓,但只有木匠才能建造谷仓。”
不过科学家意识到,热力学第二定律不仅可以用来解释日常生活,它还是理解宇宙以及人类在宇宙中所处位置的基础。1928年,物理学家亚瑟·爱丁顿写道:
我认为,熵永远增加的定律应该是自然界一切定律的最高定律。如果有人告诉你,你所偏爱的宇宙理论与麦克斯韦方程组不符,那么有可能是麦克斯韦方程组的问题;如果你的理论与实验结果相互矛盾,那么也许是实验者搞砸了。但如果你的理论违反了热力学第二定律,那就没有任何希望了,除了在深深的耻辱中轰然倒塌,没有别的结果。
1959年,英国科学家和小说家C. P.斯诺发表了他的著名演讲《两种文化与科学革命》,在演讲中,他对当时受过良好教育的英国人鄙视科学的现象进行了讽刺:
有许多次我参加一些人的聚会,根据传统文化的标准,这都是一些被认为很有教养的人,他们往往对科学家的无知感到幸灾乐祸、难以置信。有一两次我恼火了,询问他们中间有几个能解释一下热力学第二定律,结果反应很冷淡,没有人能答上来。然而我问这个问题,其实就像是问一位科学家:你读过莎士比亚的作品吗?
同样,化学家彼得·阿特金斯撰写了一部名为《推动宇宙的四大定律》的书,热力学第二定律便是其中之一。更有甚者,进化心理学家约翰·托比(John Tooby)、莱达·科斯米德以及克拉克·巴雷特最近撰写了一篇论文,探讨心智科学的理论基础,题目便是《热力学第二定律是心理学第一定律》。
为什么要对热力学第二定律保持敬畏?因为从形而上的角度来看,第二定律决定了宇宙的命运,也决定了生命、思想和人类奋斗的终极目标:运用能量和知识来对抗熵的狂澜,并为有价值的秩序创造庇护之所。当然,从形而下的角度出发,可以得出更为具体的结论,但在进入熟悉的领域之前,我需要指出另外两个基本的概念。
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