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熵增与宇宙生命

(2017-04-01 07:24:53)
分类: 钢结构转来学习

熵增与宇宙生命(王晋康)http://blog.163.com/fxl_ybe_wl/blog/static/268612041201722795131367/

作者:王晋康

一位科学家说,科学的探索可以分为“合理的假设”和“轻狂的猜想”,而本文的内容比“轻狂的猜想”还要更狂一些。读者阅读时全当是做一次智力体操,不可当成真的科学假说。先打一个预防针,下面开始正题。
       罗素说,有史以来,科学所做的最可怕最阴郁的预言,就是热力学第二定律(熵增定律)所预言的宇宙末日。宇宙在不可违抗地走向热平衡,走向无序,走向寂灭,人类所创造的辉煌业绩注定要在大死亡中归于灭绝,人类成就的整座殿堂将不可避免地被埋葬在宇宙的碎片之下。这个理论是如此无可争辩,以至于没有哪一种反对它的哲学可望站住脚。
这个可怕的定律实际得之于最普通的物理现象:任何比环境温度高的物体,都会把热量向低温环境散发,直到系统内温度平衡。如果没有外界能流的引入,绝不会出现热量重新富集的反向过程。所以,所有的恒星终将熄灭,宇宙中不再有能量的流动,因而不可避免地走向无序(信息流与能量流密不可分,这其实是电脑发热的最本质的解释)。

钢结构:熵增定律:定律公式:

2017年03月27日 - 物理知音相遇是缘 - 物理知音相遇是缘的博客
 

 

定律内容

      克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程
      在热力学中,熵是系统的状态函数,它的物理表达式为:
      S =∫dQ/T或ds = dQ/T
      其中,S表示熵,Q表示热量,T表示温度。
       该表达式的物理含义是:一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收(或耗散)的热量除以它的绝对温度。可以证明,只要有热量从系统内的高温物体流向低温物体,系统的熵就会增加:
        S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
        假设dQ1是高温物体的热增量,T1是其绝对温度;
       dQ2是低温物体的热增量,T2是其绝对温度,
       则:dQ1 = -dQ2,T1>T2
      于是上式推演为:S = |∫dQ2/T2|-|∫dQ1/T1| > 0
       这种熵增是一个自发的不可逆过程,而总熵变总是大于零。
孤立系统
孤立系统总是趋向于熵增,最终达到熵的最大状态,也就是系统的最混乱无序状态。但是,对开放系统而言,由于它可以将内部能量交换产生的熵增通过向环境释放热量的方式转移,所以开放系统有可能趋向熵减而达到有序状态。
      熵增的热力学理论与几率学理论结合,产生形而上的哲学指导意义:事物的混乱程度越高,则其几率越大。
      现代科学还用信息这个概念来表示系统的有序程度。信息本来是通讯理论中的一个基本概念,指的是在通讯过程中信号不确定性的消除。后来这个概念推广到一般系统,并将信息量看作一个系统有序性或组织程度的量度,如果一个系统有确定的构,就意味着它已经包含着一定的信息。这种信息叫做结构信息,可用来表示系统的有序性;结构信息量越大,系统越有序。此,信息意味着负熵或熵的减少。

钢结构:负熵:
负熵就是熵的对立,熵代表的是无序,而负熵表示的则是有序。汲取负熵,可以简单的理解为从外界吸收了物质或者能量之后,使系统的熵降低了,变得更加有序了。因此,我们吃的东西必须本身非常有序,即食物必须低熵,所以我们动物只能吃生命。植物则有所不同,对于植物来说,最根本的负熵来自太阳的阳光。阳光是整个地球上所有生物所汲取的负熵的根本来源。因此,我们以后不要只感谢太阳带给我们的无限能量,一定要在后面加上一句,感谢太阳带给我们的负熵~!与此同时,我们的身体不断地向外界辐射红外线,这就是带走生命运作增加的熵的一种方式;另一种方式是排泄,显然排泄物的混乱程度是比我们的食物更高的。

熵与负熵概念的熵定性
       对于某一事物,如果我们从不同的角度耗研究,可以有完全不同的熵或信息的值。例如一部热机,它在一定的热源和冷凝器的温度下运转时,有一个热力学的熵值。但制成该热机的金属材料又可以有另一个数值完全不同的熵值(也是热力学的熵)。这是因为我们所研究的对象实际上是不同的,一种是热机本身,另一种却是金属材料。该金属材料即使不制成热机,也有它的熵值。同时,从耗成该热机的各部件来看,其耗耗的复杂程度又可表示为另一个信息或负熵的值。这些熵或信息的值由于来自不同的水平,也就是说所描述的实际上是不同的对象(虽然表面上看来是同一部热机),是不能相互换算或相互表示的,只有在同一水平上,例如同在分子热运动水平上,即所研究的确实是同一对象时,才可以进行不同单位的换算。
       由此可知,广义熵和信息的概念是具有熵定性的。不同的熵或信息,对于不同的系统或不同的对象,具有不同的意义、不同的作用和不同的价值。我们研究的熵或信息究竟是针对哪个具体的系统而言的,必须事先加以严格熵定。例如人体可以通过摄食而从环境中获得负熵,同时也可以通过学习而获得和积累信息(负熵)。但这两种负熵是完全不同的两码事,多吃饭决不会使人增加知识。通过吃饭所获得的负熵是针对能量代谢而言的,通过学习获得的负熵却是对大脑皮层中的记忆信息而说的,这是两个不同的研究对象,决不可混为一谈。
       如果混淆了不同水平上的信息耗的熵和热力学的熵,就可能会得出错误的耗耗。例如布里渊就曾经认为“负熵量是小得可以忽略不计的”。其实,负熵(广义负熵,即信息耗熵的矛盾对立面)是不能在数值上与热力学负熵相比较的,因为它们是在不同水平上的熵概念。即使通过本书图1.4-2中所示的单位换算,把信息量(负熵)换算成等效的热力学系统的负熵值,但由于这个负熵毕竟与热力学过程无关,即使它表面上的数值再小,也只是与热力学的熵在数值上相对而言的,本身决不是小得可以忽略不计的。它既然不是热力学的负熵,就可以乘以任一常数使它的相对数值增大(只要把所有有关的信息量——即负熵都乘上同一常数,就不会影响研究),实际上也就是用一个小的熵单位而已。正如我们计算马跑的路程用公里做单位,而计算蚂蚁爬行的距离用厘米做单位一样。蚂蚁爬行了10厘米仅仅等于0.0001公里,但我们研究蚂蚁的爬行运动时,决不能拿它耗和马跑的路程相比较而得出可以忽略不计的耗耗,因为这是两码事,只要把0.0001乘上一个常数105,即用厘米来做单位,它的数值就增大为10(厘米)了。对于两种不同概念的熵,情况也是如此。另一方面,还应注意熵和信息都是外延变量而不是内涵变量,是具有可加性的。一个体系的容量增加,它的熵或信息的值也随之增加。例如一个分子物质的熵为一个很小的值,但如果有1摩尔的物质,就要乘上阿伏加德罗常数(NA=6.02×1023)。如果有10摩尔,就要乘上10。这一点可参考徐京华的实例计算。[1] 

负熵与信息关系
      负熵与信息等价。可以想象,信息同样也具有熵定性,对于不同的领域、不同的系统和不同的研究对象,信息的含义也会有不同。有些信息,对于某一个系统关系重大,而对另一些系统则可能无用或无效。
还有一个小概率事件对系统信息量的贡献问题,也是具有熵定性的。例如一个农业上的作物抗病性实验,1000株实验作物,同时感染相同量的病菌,耗果999株中每株产生25~60个病斑,而另有一株一个病斑也没有。如果试验目的只是测定病菌的感染力,那么这一株不产生病斑的植株只是一点小小的噪声,它对总体平均数的影响很小。根据信息耗中的申农公式,总的信息量I=Σilog2Pi,其中不产生病斑的这一项对总信息量的贡献仅为-(1/1000)log2(1/1000)=0.01比特,极其微小,这个例外事件几乎不影响对病菌感染力的测定。但如果试验的目标是抗病育种,我们把这个例外事件选择下来。选择后抗病植株的概率变为1(不抗病的全部淘汰,选择下来的全为抗病株)。这样,我们就获得了T=log2(选择后概率/选择前概率)=log2(1/0.001)≈10比特的信息,为不进行选择情况的1000倍。这表明,如耗计算小概率事件的信息量,应根据是否引进了选择的前提而加以熵定。[1] 
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 熵和信息的八种不同单位表示法及其换算关系

来历
       热力学第一定律就是能量守恒与转换定律,但是它并未涉及能量转换的过程能否自发地进行以及可进行到何种程度。热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律,它有不同的表述方法:热量不可能自发地从低温物体传到高温物体;热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化;不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化;第二类永动机是不可能造成的。热力学第二定律是人类经验的总结,它不能从其他更普遍的定律推导出来,但是迄今为止没有一个实验事实与之相违背,它是基本的自然法则之一。
熵增与宇宙生命 - 物理知音相遇是缘 - 物理知音相遇是缘的博客
 负熵
         由于一切热力学变化(包括相变化和化学变化)的方向和限度都可归结为热和功之间的相互转化及其转化限度的问题,那么就一定能找到一个普遍的热力学函数来判别自发过程的方向和限度。可以设想,这种函数是一种状态函数,又是一个判别性函数(有符号差异),它能定量说明自发过程的趋势大小,这种状态函数就是熵函数
      如果把任意的可逆循环分割成许多小的卡诺循环,可得出
∑(δQi/Ti)r=0 (1)
       即任意的可逆循环过程热温商之和为零。其中,δQi为任意无限小可逆循环中系统与环境的热交换量;Ti为任意无限小可逆循环中系统的温度。上式也可写成?
? ∮(δQr/T)=0 (2)
     克劳修斯总结了这一规律,称这个状态函数为“熵”,用S来表示,即
dS=δQr/T (3)
对于不可逆过程,则可得?
dS>δQr/T (4)
或 dS-δQr/T>0 (5)
      这就是克劳修斯不等式,表明了一个隔离系统在经历了一个微小不可逆变化后,系统的熵变大于过程中的热温商。对于任一过程(包括可逆与不可逆过程),则有?
dS-δQ/T≥0 (6)
       式中:不等号适用于不可逆过程,等号适用于可逆过程。由于不可逆过程是所有自发过程之共同特征,而可逆过程的每一步微小变化,都无限接近于平衡状态,因此这一平衡状态正是不可逆过程所能达到的限度。因此,上式也可作为判断这一过程自发与否的判据,称为“熵判据”。?
        对于绝热过程,δQ=0,代入上式,则?
dSj≥0 (7)
        由此可见,在绝热过程中,系统的熵值永不减少。其中,对于可逆的绝热过程,dSj=0,即系统的熵值不变;对于不可逆的绝热过程,dSj>0,即系统的熵值增加。这就是“熵增原理”,是热力学第二定律的数学表述,即在隔离或绝热条件下,系统进行自发过程的方向总是熵值增大的方向,直到熵值达到最大值,此时系统达到平衡状态

意义
       熵函数的统计学意义:玻尔兹曼在研究分子运动统计现象的基础上提出来了公式
S=k×LnΩ (8)
       其中,Ω为系统分子的状态数,k为玻尔兹曼常数
       这个公式反映了熵函数的统计学意义,它将系统的宏观物理量S与微观物理量Ω联系起来,成为联系宏观与微观的重要桥梁之一。基于上述熵与热力学几率之间的关系,可以得出结论:系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度,系统的熵值越小,它所处的状态越是有序,越不均匀;系统的熵值越大,它所处的状态越是无序,越均匀。系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大(即从有序走向无序)的状态转变,这就是隔离系统“熵值增大原理”的微观物理意义

简介
 两种对立的发展观:熵增趋势与熵减趋势
       19世纪存在着两种对立的发展观,一种是以热力学第二定律为依据推演出的退化观念体系,它认为,由于能量的耗散,世界万物趋于衰弱,宇宙趋于“热寂”,结构趋于消亡,无序度趋于极大值,整个世界随着时间的进程而走向死亡;另一种是以达尔文的进化论为基础的进化观念体系,它指出,社会进化的结果是种类不断分化、演变而增多,结构不断复杂而有序,功能不断进化而强化,整个自然界和人类社会都是向着更为高级、更为有序的组织结构发展。显然,物理学与生物学、社会学中的这两种观点至少表面上在发展观上是根本对立的。难道生命系统与非生命系统之间真的有着完全不同的运动规律吗?为此,物理学家普利高津创立了“耗散结构论”,他认为,无论是生命物质还是非生命物质,应该遵循同样的自然规律,生命的过程必然遵循某种复杂的物理定律。
        耗散结构论把热力学定律与生命现象联系起来
耗散结构论把宏观系统区分为三种:
      ①与外界既无能量交换又无物质交换的孤立系;
      ②与外界有能量交换但无物质交换的封闭系;
      ③与外界既有能量交换又有物质交换的开放系。
      它指出,孤立系统永远不可能自发地形成有序状态,其发展的趋势是“平衡无序态”;封闭系统在温度充分低时,可以形成“稳定有序的平衡结构”;开放系统在远离平衡态并存在“负熵流”时,可能形成“稳定有序的耗散结构”。耗散结构是在远离平衡区的、非线性的、开放系统中所产生的一种稳定的自组织结构,由于存在非线性的正反馈相互作用,能够使系统的各要素之间产生协调动作和相干效应,使系统从杂乱无章变为井然有序。
       生物机体是一种远离平衡态的有序结构,它只有不断地进行新陈代谢才能生存和发展下去,因而是一种典型的耗散结构。人类是一种高度发达的耗散结构,具有最为复杂而精密的有序化结构和严谨协调的有序化功能。因此,所有生命系统包括人类社会的发展都是有序化的不断增长过程
       耗散结构论认为,人类社会的有序化发展过程(即耗散结构的有序化过程)往往需要以环境更大的无序化为代价,因此从整体上讲,由人类社会本身与周围环境所组成的更大范围的物质系统,仍然是不断朝无序化的方向发展,仍然服从热力第二定律。因此,达尔文的进化论所反映的系统从无序走向有序,以及克劳修斯的热力学第二定律所反映的系统从有序走向无序,都只是宇宙演化序列中的一个环节。

价值
负熵与价值有着如下的关系。
      1、“负熵”与“价值”之间存在着某种必然的联系。物理学采用“熵函数”来描述系统的无序化或有序化程度,熵值增长就意味着系统的无序化提高或有序化降低,熵值减少就意味着系统的无序化降低或有序化提高。从系统的外界输入“负熵”可抵消系统的熵值增长,从而维持和发展系统的有序化。由此可见:从物理学角度来看,人类社会的一切生产与消费实际上就是“负熵”的创造与消耗;从在社会学角度来看,人类社会的一切生产与消费实际上就是“价值”的创造与消耗。因此“负熵”与“价值”之间存在着某种必然的联系。
      2、负熵不能输入输出,而价值可以输入输出。熵与负熵都是一个状态函数能量是可以传递的,而熵与负熵都是不能传递的,熵本身不能直接输入或输出,即“熵流”或“负熵流”是不可能单独存在的,它只能依附于一定的能量(即有序化能量)之上,或者说,熵或负熵只能以一定的能量为载体,才能进行输入或输出,即推动系统的熵函数发生变化的动力源只能是能量(即有序化能量),而不是“负熵流”。价值不是一个状态函数,它像能量一样可以直接输入输出。
      3、价值比负熵更复杂。负熵是从纯能量交换的角度来考察外界事物对于系统的有序化程度的影响情况,价值则是从能量交换、物质交换信息交换的全方位角度来考察外界事物对于系统的有序化程度的影响情况。事实上,一般生命系统与外界之间不仅会产生能量交换,还会产生物质交换信息交换,在系统与外界进行物质交换与信息交换过程中,物质或信息的某些特性可以降低系统有序化能量的流失速度,提高系统有序化能量的利用效率等,从而在一定程度上起着替代、补偿、加强和扩展有序化能量的作用,物质或信息的这些特性必然需要消耗一定的能量才能得以形成、运行、维持和变化,由此所消耗的能量就是间接的有序化能量。
      4、负熵和价值的内在联系。进化价值论认为人类社会结构是不断发展的,其是一种有序化耗散结构的模式。这种耗散既有增加又有减少,即不断消费价值和减少价值,这和负熵有内在联系。

 从上中学物理课时我就领悟到了熵增的威力。它太雄辩太明晰了,任谁也无法用逻辑来推翻它的可怕预言。不过,这个定律总是给人一种不舒服的感觉。因为,除它之外的所有物理学定律都能在时间轴上反演,物理学家艾米·诺特尔曾指出,能量之所以守恒,其实质原因就是因为物理定律关于时间对称。但熵增不可逆定律在时间对称性上撕了一个很大的缺口。尤其令人不安的是,把熵增定律应用于我们这个至今存在的宇宙,就必然得出一个结论:它是从一个很特殊的、高度负熵的状态下开始的。这个特殊的负熵状态从哪儿来?只有一个说得通的来源:上帝。
钢结构:从上中学物理课时我就领悟到了熵增的威力。它太雄辩太明晰了,任谁也无法用逻辑来推翻它的可怕预言。是不是真的:熵增定律它是有定义域的,定义域是只有孤立系统才能符合熵增定律。举例说明一下,我们知道:葡萄糖+氧气燃烧生成二氧化碳+水+热量,这是熵增。即我们人类不可能把二氧化碳+水+热量反过来生成葡萄糖+氧气。可是自然的力量却很强大:绿色植物的光合作用,二氧化碳+水+光(光合作用生成葡萄糖+氧气这却是一个大家都明白的化学反应,请问:这是熵增还是熵减。你可以说,这不是孤立系统
那么,太阳发光发热是是把质量转化为光能和热能,这符合熵增定律。可是,我们在实验室都可以把γ射线和电子相互转换。请问,熵增定律如何解释。所以,根本不存在万能定律。

物理学家们当然不愿让上帝复辟。但他们都信仰真理的普适性,如果不得不承认我们的世界来源于一个非常特殊非常偶然的状态,那和相信上帝有什么不同呢。
        后来我从一些课外读物上知道了自组织定律,那时的中学物理不讲它的,我至今不明白,如此重要的定律为什么竟然上不了中学课本。自组织的一个典型例证是别洛索夫――扎鲍京斯基反应,几种化学溶液掺混之后就会自动产生非常美丽的、周期性变化的花纹(但必须保持溶液的倾倒)。从酒瓶里往外倒啤酒时的咕嘟声也是一种自组织现象。这些小杂耍似的发现之所以重要,是因为这些“组织化”完全是由内部原因产生,并没有一个外来的设计者或管理者。
       以上只是自组织现象的很小的范例,其实,这种现象渗透到宇宙的每一个角落每一个时刻,自组织定律是与熵增定律同等重要的两大定律之一,一个管宇宙的死,一个管宇宙的生。
       从宇宙肇始,自组织就登台了。宇宙爆炸,变成一锅高温的均匀的粒子汤。我们不知道在大爆炸“最早的瞬间”所产生的“最原始的粒子”是什么,或者说,根本不存在什么最基本的粒子,在能量向粒子转换的边界,可能是能量和物质的共存,是一种模糊状态。但为了叙述方便起见,我们就称它为“原始粒子”吧。原始粒子非常均匀,按照熵增定律,它应该在宇宙向外膨胀是变得稀薄而更加均匀,绝不会产生物质富集的现象。但是,当熵增开始耀武扬威时,宇宙大舞台上的又一个主角——力——同时出场了。我们已经知道宇宙中有四种力:强力,弱力,电磁力和引力,比较公认的说法是,四种力其实只是一种,在大爆炸的极端状态它们会合而为一,在更深的层面应该表现为其它力。不过力的具体组成与本文中的观点并无关系,反正有力就行了。力使原始粒子互相结合,经过尚未知晓的某种粒子层面,再结合成六种夸克,再结合成轻子强子介子,再结合为丰度为3:1的氢氦原子。在这些过程中,强力、弱力和电磁力都起了作用,但引力尚未走上前台。
      物理学家已经能用公式精确地描述这些粒子的生成过程,但好像没见到谁指出,它们实际是熵增的逆过程。因为,按照爱因斯坦的质能公式,任何物质微粒的形成都是能量的富集和组织化,与“热平衡”和“无序”相逆。也就是说,在宇宙大爆炸的最初的“滴答”内,熵增和熵减就已经开始同时存在、并行不悖了。
在宇观层面,轮上引力出场了。若按照熵增定律,早期宇宙中的氢氦原子只会日渐混合均匀,并在膨胀过程中变得稀薄,而不会出现质量富集的趋势。但引力却与熵增定律唱对台戏,当原子汤因量子效应出现偶然的涨落时,引力会使其产生雪崩效应,进而聚集成星云,星云中产生星体,星体生长,直到引发核反应,于是,在局部地区的“高能态”产生了,并造就了此区域的能量流(这些能量实际来源于微观层面的能量富集化)。请注意,从宇观上说,宇宙仍保持熵增的方向,宇观的熵增与小区域的熵减并行不悖。
       星系小系统内也同样有熵增过程,恒星的热量向空间传播,向热平衡的方向前进;但在另外的层面,熵减过程也在不停息地进行。行星从星云中诞生,行星上产生了岩石圈、大气、河流、季风、泉水、矿藏,这些都是组织化的过程,是对无序的反抗。这种有序化、组织化进程的顶峰,便是生命的产生:DNA团块、单细胞生物、多细胞生物、植物和动物,一直到最精巧的组织化结构——人类。像熵增一样,自组织也是一个无尽的不可违抗的过程,它从宇宙爆炸开始,并一直延续到宇宙末日。而它得以进行的因素是力。不同的力在不同的层面上起作用,比如,原始粒子的生成是强力和弱力的功劳;在我们处身其中的环境里是电磁力在变戏法,它造就了生命结构和金木水火土;而在宇观范围内是引力在起作用,它造就了星体和黑洞。天行者卢克的老师尤达大师曾把“力”作为对抗黑暗的唯一力量,他真是一个伟大的科学家,道出了大自然的本质。
       其实,“自组织”有一个更恰当的名称:生命化。这儿的“生命”一词是广义的。宇宙大爆炸的浓汤里生出来无数一模一样的粒子(夸克、重子、轻子等),然后是原子“自发的复制”,再生出模样相同的星云和星体;云朵中生出一模一样的六角形的雪花;在金伯利岩脉中生出结构相同的钻石……这些全都是自然界的“生育”啊。有人说,生物生命何等精巧何等神秘,现在把“生命化”拿来定义夸克、强子、原子、星体等“非生命体”的生成,未免不伦不类。不,这个定义的推广绝不牵强,它们的本质是一致的。生物生命从何而来?首先是原始海洋中的各种原子因电磁力的作用而发生自组织,生成有机物,有机物的自组织又生成第一个能自我复制的DNA或RNA……即使今天生物的繁衍,比如DNA双股的分解和复制,从物理层面上说仍是在电磁力作用下的自组织过程。
       当然,生物与非生物还是有分别的,生物生命是高等的自组织,需要一个复杂的模板,而这种模板来之于自然界长期演化中一个难得的机缘。所以我们可以相当武断地肯定,人马座的外星人与我们绝不会相同,因为由“机缘”得出的生物模板不可能雷同;而人马座的雪花却必然是同样的六角,因为雪花的“生育”不需要特殊的模板。还有一点不同是,生物生命中的自组织只和电磁力有关,而粒子、星体等的自组织与强力、弱力、电磁力和引力有关。
       不管怎么说,它们的本质是一样的,都是与熵增相逆的、由“力”引发的自组织。宇宙的生命化贯串宇宙的始终,而我们平常所说的“生命”只不过是宇宙生命的一根分枝一个阶段罢了。
       自打宇宙肇始,熵增和生命化两个相逆的过程就同时存在,并行不悖,互相缠绕,多层渗透。一边是热平衡、均匀化、无序;一边是能量和质量富集、组织化或有序化。而两者的综合则是一个零熵的世界。
        这么一来,物理学家也可以安心了。原来,我们的宇宙并不是肇始于一个很特殊的负熵状态,而是非常普通的一个零熵的“点”。由于量子世界的偶然涨落,这个点爆炸了,从空无一物中产生了能量和负能量,正物质与反物质,有序与无序,熵增与生命化。宇宙是从零熵开始,以零熵延续,也将以零熵结束。在这种理论结构中,所有物理定律相对于时间轴都是可以反演的,物理学家的心腹之患,那个不可逆的时间之箭,在这儿被轻松化解了。
       不过,这会儿说出这个结论未免早了一点儿――我们还没考虑宇宙的结局呢。自打宇宙爆炸假说得到基本证实(最主要的证据是星系红移和宇宙背景幅射温度),宇宙有灭亡也就没人怀疑了,有生就有死,有死就有生,尽管对它是亡于无限的膨胀还是亡于向内塌缩还在争论。那么,在宇宙灭亡的时刻,熵增与生命化两种力量又是如何角力呢。
      我们先考虑那种向内塌缩的结局,整个宇宙将塌缩成一个超级黑洞,一个死亡之洞。黑洞是个绝顶贪婪的家伙,吃骨头不吐渣,所有进入黑洞的物质都再无出头之日。黑洞无毛,黑洞是绝对的高熵(熵值与黑洞表面积成正比)。“熵增”在这儿达到了极致。那么,在这个大过程中,哪是逆向而行的宇宙生命化?原来它也并存在这个死亡之洞里。恰恰在这里,宇宙的质量(能量)富集化、或曰组织化过程也达到了极致,因而为下一次大爆发作好了准备。黑洞是宇宙的终结,但也是生命化的巅峰。有人可能认为这个说法太拗口,黑洞也是宇宙生命化的一部分?对,是的。它是由引力所造成的极端的自组织,也是与熵增过程背道而驰的。
       关于黑洞的未来尚无定论,也许它会逐渐蒸发,通过量子效应把能量还给环境,最终变回一个普通的“空间点”;也许它会通过蛀洞与其它宇宙相连,在那儿表现为一个白洞;也许它会在塌缩的某一时刻反弹,产生大爆炸(关于大爆炸的前景毕竟有一个现成的实证――我们的宇宙就肯定产生于大爆炸)。不管是哪种结局,反正它所在的宇宙会保持一个总体的零熵状态。
不过科学家们说,宇宙不一定亡于向内塌缩,更可能亡于“无限膨胀”。“零熵”机制并不排除这种可能,只是要求:在建造“宇宙无限膨胀”的构架时,必须仍有熵增和生命化两个相逆的过程,让熵的总和继续为零,否则这个理论就是错的。这就像是把宇宙看成一个多级齿轮箱,我们可以进行力的计算,一步步算出其输出扭矩和速度;也可以根本不管其内部结构,单用能量守恒定律就能验算其输出值是否正确。
       目光敏锐的读者会发现,在本文中虽然讲述了“熵增”和“生命化”两个相逆的过程,但并未做量化的论述,怎么就贸然得出“熵的总和为零”这个结论?这个质疑很对。笔者是个科幻作家而不是科学家,科幻作家可以天马行空,凭着直觉,省去中间过程而直接得出结论。至于这个结论是否正确,交给有兴趣的科学家去论证好了。造物主似乎偏爱守恒,有能量守恒,质量守恒,动量守恒,动量矩守恒,正负电荷守恒,CPT守恒,如此等等。过去的理论中,只有熵不守恒,正反物质不守恒和宇称不守恒。现在,咱们试着让其中一个浪子改邪归正了,这比较符合人们的直觉,符合人们的感情。至于其它两个浪子能否回头,且拭目以待吧(已经有科学家怀疑,在更深的层面里宇称是守恒的)。
       正篇结束了,再说点题外话。我对中国的太极图非常欣赏,非常信服,我觉得它简直是宇宙的河图洛书。一个简单的“零边界”的黑白两体图形包含了极为丰富的思想:守恒、转化、对立统一,等等。如果某一天“零熵”的大厦得以建成,我会把太极图拿去钉在大厦门楣上作为徽章。韩国人太精了,怎么就想到把咱们的太极八卦拿去做国旗图案?这可是东方哲学的精髓呀。简直是对中国商标的“恶意抢注”嘛,我真希望有一天咱们去讨回公道。
       再说一句题外话:“宇宙生命化过程将贯串宇宙的始终”这个观点并不意味着人类文明可以永生,那是不同层面的东西。很对不起,我让偏爱乐观主义的人失望了。

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