ENTROPY

熵

真有人敢说要“淘汰”熵的概念吗？我觉得在新概念还没出现之前，我们不会急着扔掉旧的概念。推陈出新的前提是的确有新的、更好的概念出现，不能简单地将旧概念抛弃了事。所以是否“淘汰熵这个概念”，答案是“不”，不过我们确实要降低一些它的重要程度，并充分认识到由熵而导致的各种悖论。

熵，作为衡量一个系统的无序程度的度量量，在物理学中占据着神圣的地位——它是定律的一部分，注意，是定律，它不仅是一个理论。热力学第二定律有这样的表述：在任一孤立的系统中，随着时间的推移，熵会一直变大。除非有外来功作用在这个系统上，否则系统的熵将最终增至最大，达到热平衡状态。德国物理学家马克斯·普朗克认为熵和能量一样，是物理系统最重要的属性。在《物理世界的本质》（ The Nature of the Physical World ）一书中，英国天文学家、物理学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿爵士（ Sir Arthur Eddington ） 写道：“我认为，熵增原则，即热力学第二定律，在自然界所有定律中是至高无上的。”我必须承认，在我还是一个年轻的大学生的时候，我没觉得这有什么让人激动的，而且我也不是唯一一个对此无动于衷的人。与热力学第一定律相比，这个第二定律貌似不那么重要。看看第一定律，能量守恒定律：能量可以转化为各种形式，但永远守恒。偏微分方程如此美妙（物理学中所有的守恒公式都是如此），方程解如此精确地描述和预测了我们的世界，这才是从真正意义上改变了我们生活的定律。第二定律呢，不是守恒方程，没有偏微分的形式，甚至根本不是一个等式。凭什么熵和第二定律对科学、工程还有改造世界有这么重要的作用？

第二定律是一个统计规律，最初是从研究分子或其他微粒的运动时得到的一系列结论泛化而来的。还记得学生时代那个经典的例子吧：在一个封闭的箱子里，一侧的热分子（快速移动的分子）和另一侧的冷分子（慢速移动的分子）混合在一起，两者最终合二为一，温度一致，再也无法重新分开。我们都很容易理解其背后的原理，知道这个过程为什么是不可逆的。我们也知道“时间之箭”的概念。的确，从数学的角度来看，第一定律和其他的物理学守恒定律对时间的无论哪个方向都适用，只要给出初始条件和边界条件，方程解本身就自然而然地表明了方向，没有必要增加一个定律。实际上，第二定律不只局限于热力学，特别是将其应用在我们知之甚少的宇宙探索时，第二定律看起来更像是一个假设，而不是一个定律。

当我们放眼宇宙（我们并不对宇宙的范畴加什么限制，现在看不到或者观测不到的宇宙都包含在内），第一定律告诉我们，能量可转换为各种形态，但整体守恒。而第二定律又宣告，在将来某个时间，宇宙将达到热平衡和最大熵的状态，届时任何能量转化都不可能存在了。第二定律本质上揭示的是：宇宙一定是有始有终的。但这点很难被接受。如果宇宙在时间上有起点，那么在此之前是什么？总不能无中生有吧（这里的“无”，我指的是一切物质都没有，包括未知的物质）。从这个意义上讲，宇宙应该是不受时间限制的才对。

大爆炸理论假设宇宙的起点（先勉强这么说吧）和当下的宇宙似乎都是奇点膨胀的产物，但即便这样我们还是不知道该拿“奇点之前”怎么办，于是“多种宇宙振荡模型”被提了出来。基于这些模型，宇宙不再被时间所束缚，但如果宇宙的确是起点熵极低、终点熵极高，那么这种熵由极高到极低的重置又是因哪一个过程起到了实质性的作用呢？如果宇宙是振荡的，那么从某种意义上是否可以说，熵也是守恒的呢？是否有某种能量的转换方式不需要传统意义上的功的参与呢？虽说与第二定律相悖，但是否有可能宇宙就是那个终极的、唯一的、难以置信的永动机呢？只要存在是永恒的，那么没有什么是不可能的。

从别的角度来看熵，也会让人有些牵强、错置的感觉。我们常说宇宙是从有序走向无序。而这里说的有序仅仅指全宇宙的物质被压缩在了一个极小的点（也就是奇点）上，膨胀开始，粒子向四周散去，宇宙就变得越来越无序。然而，秩序又每时每刻都在创立之中。

宇宙不断膨胀演化的最大产物，就是造就了不断增长的复杂性：先是由引力压缩物质，再是由超新星产生了大量的元素，随后就是化学进化，接下来由自然选择驱动了生物进化，直至可以自我复制的生命诞生，最终人类大脑出现，无与伦比的复杂性在其上表现得淋漓尽致。

复杂性和低熵互相依存。暴胀宇宙中存在无数的、小尺度的（与宇宙的尺度相比）、具有极低熵的微囊（ pocket ），同时，这些微囊被具有更高熵的大面积区域所包围，而这些高熵区域中的一部分，是在低熵区域的形成过程中产生的。当人们试图平衡宇宙中的熵时，是否考虑了高阶复杂性的情况（由此低阶熵也被考虑了）？现在有很多宇宙学的论文都试图计算宇宙熵的总量，但公式都太简单，远不能将我们身处的这个奇异宇宙中所有未知的物理现象都包括进去。

对于“熵”这个概念，我们无法放弃，但是不是可以反思一下？ 2e/v+dGQF68BfkDAvJUx8oOAhFJJgZ2x4ItLLmQOFyRvbU4Jczod6zilvpGq7dsv