【科學了不起】一個系統的勝利,是否決定了整個生命的價值?| 思享

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【科學了不起】一個系統的勝利,是否決定了整個生命的價值?| 思享

世間萬物的宏觀過程,大多數都是不可逆的,而這個不可逆的過程遵循著什麼規律呢?那就是我們在中學物理中都學過的

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這個定律很好解釋,當你把一塊冰放入一杯熱水中時,熱量只能自發地從熱水傳到冰塊,不能自發地從冰塊傳到熱水中。如果要從讓熱量從低溫物體傳到高溫物體,則必須要額外地消耗能量,比如壓縮和熱量驅動,比如空調就需要額外消耗電能。

克勞修斯用熵的概念來解釋這種不可逆的過程,他認為一個系統的熵值,等於該系統在一定過程中所吸收或耗散的熱量除以它的絕對溫度。只要有熱量從系統內的高溫物體流向低溫物體,系統的熵就會增加。而當該系統處於平衡狀態時,系統的熵則會達到最大值,裡面的狀態是最混亂無序的。

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這又怎麼解釋呢?當你把一升的氫氣和一升的氦氣放在一個密閉容器中時,在剛開始的那一瞬間,容器中可能左邊是氫氣,右邊是氧氣。隨著時間的流逝,氫氣分子和氦氣分子會充分融合在一起,當它們混合到最均衡的時候,你再也不可能從中撈出一“堆”單純的氫氣分子或氦氣分子,容器中兩種氣體的達到最混亂無序狀態,此時的熵值是最大的。

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根據熵增定律,隨著時間的流逝,宇宙作為一個完整的系統,它的熵值總在增加,一切物質會自發地變得更加混亂無序,最終一切物質的質量都會衰變成能量而消失,宇宙最終變為虛無。而時間流逝的箭頭總是和熵增的箭頭是一致的,這就是所謂的時間之矢,它的箭頭只會從過去指向未來,不可能會反過來。

因此,很多人發出感嘆,

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但熵增定律真的不可逆轉嗎?實際上,自從這個定律被提出後,不斷有科學家用他們的理論來挑戰熵增定律。而且如果你仔細研究,你會發現最底層的物理定律,是具有時間對稱性的,不包含過去和未來。包括牛頓經典力學或量子力學,如果你將那些公式中的速度的符號顛倒過來,計算結果照樣成立。最簡單的路程=速度×時間,如果你把速度的符號顛倒,計算的不過是從終點到始點的路程而已。

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將符號顛倒過來的說法,在物理學上有一個更統一的理論,那是洛施米特速度反演佯謬——假設我們將所有分子的速度符號都顛倒過來,於是系統進入它自己的“過去”。即使熵在速度反演之前是增加的,現在它也將會減少。根據這個理論,世界完全可以把速度符號都反過來,系統將熵減回到過去。

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但熵減的情況真的有可能發生嗎?如果我們把氫氣分子和氦氣分子擴散速度的符號顛倒,容器中的這個系統就會還原為一邊氫氣一邊氧氣的狀態嗎?答案是:有可能。但這個可能性非常非常小,發生的機率只有10×10的二十多次方之一。但只要這個機率不等於零,我們就不能說它是不可能的。

實際上,世間萬物的發展,在變得越來越混亂無序的過程,都在遵循一些確定的物理規律。我們之所以稱這些過程為混亂,是因為我們掌握的知識不夠豐富,對於表象只能取一些近似值來描述。比如,我們用手指彈碎一顆泥丸,泥丸分裂成成千上萬枚碎片,灑得到處都是,我們稱之為混亂。而如果我們算力足夠,我們就能計算出在多大的力道,從哪個方向發力,泥丸會分裂成多少枚碎片,碎片都落在哪個位置。

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更進一步,如果我們算力足夠強大,我們就能將這一過程反過來,計算從每一枚碎片需要怎樣的力,才能讓它們沿著反方向聚合成原本的泥丸。

上面的這個過程,法國數學家拉普拉斯提出過一種科學假設,也就是著名的拉普拉斯妖:

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但是在現實世界中,我們不可能擁有如此強大的算力,宇宙中也不可能存在一位叫“拉普拉斯妖”的智者。但是在某些意識形態上,我們可以對抗熵增,我們可以把髒亂的房間收拾好,將混亂的思緒整理好,將自己的人生規劃好。熵增是不可避免的,因為宇宙的熵值總在增加,但我們可以對抗它,我們活著就是為了對抗熵增。

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