熵4

第二部分：熵的定律

大家好，我是修远，在前两期我们分享了《熵：一种新的世界观》的第一部分世界观，今天我们进入本书的第二部分熵的定律。下面我们开始进入正题。

我们首先来看一下什么是熵的定律。

热力学第一定律和第二定律用一句话来说明就是：宇宙的能量是恒定的，既不会变多也不会变少，但熵的总量是不断增加的。

那么什么是熵呢？

我们可以从三个视角来理解熵。

第一个视角就是从是否有用的角度来理解熵。我们之前提到过，物质和能量可以分为有用的和没用的，把所有没用的物质和能量加起来就是熵。

熵的总量是不断增加的，这意味着最终宇宙中的所有能量都会从有用的能量变成没用的能量。

地球可以被看作是宇宙中一个封闭的子系统，在这个系统里，地球的熵值不断增加，最后只会剩下不可用的能量，也就是地球资源会枯竭。

第二个视角是从聚集与离散的角度来理解熵。

能量总是从集中程度比较高的状态转移到集中程度比较低的状态。比如我们向一个游泳池里倒入开水，这些温度较高的水会逐渐扩散到温度较低的区域，最终所有区域的水温趋于一致。

如果宇宙中所有地区的能量都趋于一致就无法在做功，也就都成为了不可用的能量。

第三个视角是从有序和无序的角度来理解。

当能量集中程度最高，有效能量处于最大值，熵处于最小值的时候，整个系统处于一种有序的状态。相反，有效能量用尽，熵值达到最大，也就是混乱程度最大的状态。

也就是说越有秩序熵值越小，越混乱熵值越大。

比如说，一个房间如果不加收拾，所有东西就会越来越乱。要使房间重新变得有秩序，就需要花费额外的能量进行整理。而花费的能量又会导致更大范围内产生更多的熵。

所以，要使局部的熵值减小，就必然导致更大范围的熵值增加，而且从总量上看，熵值只会增加。

讲完了认识熵的三视角，接下来我们要看一看熵与时间的关系、熵与生命的关系以及外部工具对熵的影响。

我们先看一下熵与时间的关系。

熵定律的最重要之处就是它对时间的定义。

机械论世界观与熵的世界观在时间的概念上是完全不同的。

机械论的世界观认为时间既可以向前走，也可以向后走。在机械论世界观中，一切都是物质的简单运动。举个例子，如果这个世界只有一个小球，这个小球从A点运动到了B点，我们说它经过了一段时间。这个小球从B点回到A点则是时间的逆转。因为经典力学是建立在数学基础之上的，那么物体的运动至少在理论上是可以逆转的。但是我们知道覆水难收，泼出去的水是不可能再回到盆子里的。

而熵定律告诉我们时间只能向前走，因为能量只能从有效的转化为无效的，从有用的变成无用的。比如在一间封闭的房子里，只有十条小鱼干和一只猫。对于猫来说，这些鱼干就是可用的能量。按照熵增定律，能量只能从有用的变成无用的。当鱼干被吃完，也就是说有用的能量被消耗干净之后，猫就只有死亡这一条路，之后时间就失去了意义。那么时间对于我们来说，真正的意义就是我们还剩下多少可用的能量。

机械论的大师们认为我们改造自然的速度越快，人类进步就越大，世界就越有秩序的观点显然是错了。实际上，我们改造世界的速度越快，对可用能量的消耗就越快，也就意味着我们剩下的时间越少。

熵增定律虽然说明了时间会不断流逝，但并没有说明时间流逝的速度，因为时间流逝的速度是在不断变化的。对可用的能量消耗越快，时间就越短，反之对可用的能量消耗越慢，时间就越长。这使我想起了老子说的三宝，一曰慈、二曰俭、三不敢为天下先。总之时间流逝的速度取决于我们每个人如何对待剩下的可用能量。

讨论完熵与时间的关系，我们接下来要聊一聊生命与熵的关系。

从生命的角度来看，小孩随着不断生长，积蓄的能量越来越多，身体逐渐变得强壮，好像是变得越来越有序的过程。那是不是就违反了熵增定律呢？其实不然，从生命本身来说可以看做一个负熵系统。生命能够抵御熵增定律的原因是因为生命可以从外部环境获取更大的有序能量，来帮助自己抵抗内部系统产生的熵。

罗素说每个生命都像一个帝国主义者，力求将周边环境转化到他自身以及他的后代身上去。任何生物都是通过给大环境制造混乱来维持自身的秩序。

化学家米勒用一个例子说明了这个问题，一个人每年要吃掉300条鲑鱼，这些鲑鱼要吃掉9万只青蛙，这些青蛙要吃掉2700万只蚱蜢，而这些蚱蜢要吃掉1000吨青草。也就是说，为了维持一个人的生存，一年要消耗掉1000吨青草的能量，因为大部分的能量都在转化的过程中被消耗了。这说明为了维持自身的秩序我们只能通过给更大的环境制造混乱来实现。

从生物学的角度来看，这个过程可以分为两个阶段。早期生物追求的是最大程度的能量流通，也就是熵值增加最快的阶段，这个阶段被称为殖民时期。但是，当某个地区的生物种类和数量越来越多的时候，生物会受到环境承载能力的限制，只能被迫缩小能量流通的规模，进入第二个阶段，这个阶段称为极点阶段。

从目前来看人类还处于殖民阶段，我们还在继续加大对资源的开发利用。但是随着环境问题越来越严重，我们必须尽早进入第二阶段。如果我们不能在地球环境恶化到不可修复之前进入极点阶段，也就是能量小规模流通的阶段，那么我们就会和之前那些被灭绝的物种遭受同样的命运。在大自然长长的灭绝名单中再添加一位成员并不是太难的事情。

最后我们要审视一下外部工具带来的影响。

所有生物都在为了从环境中获取能量而不断竞争，但是只有人类拥有外部手段来参与竞争。其他的生物只能依靠自身的器官，比如眼睛、爪子、牙齿等。而人类发明了一系列工具用来帮助人类更快的转化自然界中的有效能量。我们通过机械装置来榨取能量，修建楼房进行保暖，我们修路筑桥并设计出各种交通工具来输送能量。我们还发明了语言、风俗、经济组织和政府机构来处理能源的分配问题。社会的本质是建立区域秩序，从而维持人类生存。

在人类的社会活动中，最重要的三种活动是对能量进行转化、交换和排除。

我们对身边的每件东西都可以向着两个方向去追溯，一个是原始状态，一个是最终结果。最后你会发现所有东西都是从最初可用的原材料开始，最后变成不可利用的废物。整个社会活动的过程就是把自然界中可用的能量变成不可用的能量。所以在人类社会中，谁掌控了这些转化、交换和排除的外部工具，谁就控制了能量流通的渠道，谁也就拥有了控制社会的权力。

好了，我们今天的分享就到这里，下一期我们将介绍本书的第三部分熵：一种新的历史框架。在这个部分我们将一起从熵的角度从新审视历史，看看是什么导致了时代的更迭以及现在我们面对的挑战是什么。