熵

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    　　熵是定义“无序度”的一个量，一个系统越“无序”或者说越均匀，那么熵就越大。

    热力学第二定律的其中一种表述是：在一个封闭系统中（注意这个条件），熵永远是增大的，这是个不可逆过程。

    这就是说，在一个封闭系统中，能量都是从高的地方流向低的地方，热能都是从热的地方流向冷的地方。“水往低处流”就是一个例子，老子说的“天之道，损有余而补不足”其实也就是说自然界有趋向于均衡倾向，如果他再解释得详细些也许热力学第二定律的发明权就是他的了。

    为了进一步说明这条定律，再举个例子：

    将一块冰放到一杯开水中，姑且认为这是个封闭系统吧。起先，这个系统相对是有次序的：冰是冷的，开水是热的，冷热有序。可是，随着时间的推移，冰块必然会融化，而开水也会降温，最后一起变成一杯温水。现在，这个系统已经变得很“无序”了。这个过程便是熵增大的过程。

    显然，这是一个不可逆的过程，很难想象一杯温水放着放着会自己变成一杯浮有冰块的开水吧。但是，用人为的方法却可以实现这一过程。将这杯温水拿去加热，同时用激光制冷的方法将其中一部分水结冰，这样就可以了。那么现在，这个杯子系统的熵不是减小了吗？但是请注意，这时的系统已经不再是封闭系统了，因为外界给它提供了能量。

    而外界的能量消耗过程其实也是一种熵增大的过程。这个道理很简单，为了方便起见，姑且认为这些消耗的能量都是电能吧，反正不管是加热还是制冷都是可以用电来解决的。那么电能又是如何而来的呢？假设是水利发电的话，就有很多的水从高处落到了低处，这不就是熵增大的过程吗？如果计算一下就会发现，这里熵增大的量是要远远大于那个杯子中熵减少的量的。

    每次我说到这里总是有人会说，水肯定也有往高处流的时候，否则地球形成那么多亿年地球上的水早就应该变成均匀分布了。是的，地球上的水系统可以一直这么循环，其中必然是有熵减小的过程的，但是请注意，地球也不是一个封闭系统，太阳给它提供了能量。

    但是，太阳的能量也是会用尽的，事实上，50亿年后太阳就会变成红巨星，地球和其他的行星都会被吞没，然后这颗红巨星继续膨胀，直到把那层外壳气体抛掉，只留下内核，变成白矮星，最后变成黑矮星，而那层被抛去的外壳就扩散到了太空中。这很显然是个熵增大的过程。其他恒星的命运也是类似，那些大质量的恒星会以超新星爆发这样剧烈的方式抛去它们的外壳，而内核可能会形成中子星，或者就是黑洞，而黑洞最终也是要爆发的。这些都是熵增大的过程。

    宇宙是个封闭系统，如果热力学第二定律总是正确的话，它的总熵一直都是在增大的，而这样下去的一个必然结果就是，所有的恒星的物质都被抛到太空中，不管是以扩散还是爆发的方式，而那些物质，气体或者尘埃，都将趋向于均匀分布，到最后宇宙变成处处均匀等温等密度的一片，这就是所谓的“热寂”保尔戴维斯宇宙的最后三分钟预测的宇宙结局中最悲观的一种。

    不过，我刚才说到那前提是“热力学第二定律总是正确”可事实上它已经受到了挑战。而最大的挑战便是生命系统。从无机物变成有机物，形成这么复杂有序的dna，诞生第一个单细胞生物，然后又一级级进化，形成动物和植物，最后诞生人类，诞生人类文明。这很明显是个熵减小的过程。而且比那个温水变成开水加冰更让人惊讶得多。人类目前的技术都无法创作一个生命，牛胰岛素的合成已经算是了不起的突破了，所谓的克隆也不过是复制罢了。可是，大自然却做到了，而且还做的那么好。

    我增说过，人类文明的进步，科技的发展都是“反自然”的过程，而这里的“自然”其实指的就是热力学第二定律。可是，从更广义的说，生命和文明也应该是属于自然的一部分。那么，生命的进化，文明的发展必然会伴随着其他地方大量的能量消耗，或者说熵大量的增加。可是这个“其他地方”究竟在哪里呢？

    也许有人会说那是来自太阳的能量，确实，生命是离不开太阳的，可是假如地球上不曾有过生命，地球也一样沐浴那么多阳光啊，那生命那部分熵不是平白无故地减小了吗？

    这个问题也许很难找到满意的答案。我的感觉是，热力学第二定律也许在这个地方已经不适用了，尽管它在大部分时候都是正确。事实上，在时间流向问题上，它与相对论和量子力学也是有矛盾的，也许以后我们会发现一条更加完美的理论，它包含热力学第二定律适用的部分和不适用的部分。在那条理论下，关于宇宙的结局，也许不会是让人那么悲观绝望的“热寂”了。