玻尔兹曼与大爆炸

玻尔兹曼肯定是切中了某些东西。但第二定律还是有些意涵要稍微澄清一下，而这些意涵老实说就连玻尔兹曼都是花了些时间才完全弄清楚。

第二定律不是一个传统意义上的定律。第二定律 并不 绝对地排除熵的减少。这个定律要说的只是，熵减是不大可能发生的。在硬币的例子那里，我们已经量化地说明了这一点。跟所有硬币都正面朝上的这独一种组态相比，随机晃动产生50枚正面50枚背面这种组态的可能性要大10万亿亿亿倍。再晃动这个高熵组态，得到正面全朝上之类的低熵组态并非全无可能，但由于概率太不成比例，实际上这并不会发生。

我们日常接触的物理系统，组分都会远远超过100个，就这样的系统而言，熵不会减少的概率更令人望而生畏。烤面包会释放千百亿亿个香气分子，因此这些分子在你家里扩散开来的组态的数量，跟它们全回到烤箱里的组态数量相比，大得不可以道里计。在随机的推挤、碰撞中，这些分子 有可能 一步步退回来，找到路径回到面包里，完全抵消烘烤的过程，给你留下一块冰凉的生面团。但发生这一切的可能性，哪怕跟你往画布上随便泼洒颜料就能出来一幅蒙娜丽莎的可能性相比，都更接近于零。即便如此，我们要强调的是，这种熵减过程就算发生，也并不违背物理学定律。虽然可能性极小，物理学定律确实允许熵减。

别误会。我说这些可不是想告诉你，有一天我们可以抵消烤面包的操作，见到车祸现场回放，或看到烧毁的文件复原。不是的，我是在强调一个很重要的原则性问题。前面我曾指出，物理学定律把过去和未来放在对等的位置。因此，物理学定律可以保证，按某个时间序列展开的物理过程，按相反的序列也可以展开。由于这些物理学定律同时也支配着一切，也包括造成熵如何随时间而变化的那些物理过程，因此，这些定律如果只允许熵增，肯定会让人费解，实际上应该就是错误结论。但它们没错。你一生中日复一日所经历的所有熵增过程——从摔碎玻璃杯这种平平无奇的例子，到身体逐渐衰老这样的深刻案例——都可以反向进行。熵可以减少，只不过非常不可能。

我们想给未来与过去如此不同寻找解释，那么上述结论对我们的追寻来说意味着什么？是这样，如果今日组态的熵比最大值要小，那么第二定律表明，未来极有可能会有所不同，因为熵极有可能增加。熵比可能的最大值要小的物质组态正迫不及待地向更高熵的状态挺进。有了这个结论，有些探索过去和未来之差别的人就高枕无忧，觉得大功告成了。

成功还早呢。同样重要的是，我们也得解释，我们今天怎么就会身处在一个如此特别、不大可能、令人惊叹的熵低于最大值的状态：一个宇宙里满是有序的结构，从行星、恒星直到孔雀和人类。若非如此，若今天的组态正是司空见惯、正合期望的最大熵状态，那么宇宙会有极大概率继续处于这个状态，并产出一个跟过去无甚区别的未来。就跟那一袋子硬币碰来碰去也就是在正反面大致五五开的大量组态中打转一样，宇宙也会在最大熵的无数景象中无休无止地徘徊：粒子星散在整个空间之中，东游西荡，就是被水汽均匀填满的浴室的宇宙版。 ^[15] 我们很幸运，今天的熵低于最大值的状态要有意思得多。这个状态让粒子有机会形成结构，也让宏观变化得以发生。于是我们就不禁要问：今天这个熵低于最大值的状态是怎么来的？

忠实遵从第二定律，我们会得出结论，今天的状态来自昨日熵更低的状态。而且可以设想，昨天的状态又来自前天的熵还要低一些的状态，以此类推，可以推出一条熵不断走低的路径，带领我们一路走向更远的过去，直到最后抵达大爆炸。大爆炸那里有着高度有序、熵值极低的起点，这就是今天宇宙的熵并非最大值的原因，也让我们有了一个与过去大有不同、变故颇多的未来。

我们能否走得更远，解释宇宙的开端为何如此有序？下一章我们探讨宇宙学理论时，还会再回到这个问题。现在我们只要注意，我们的生存需要秩序，从支撑大量生命维持功能的内部分子组织，到为我们提供高品质能量的食物来源，再到对我们的持续生存来说必不可少的精心打造的工具和居所，无一不高度有序。如果没有一个充满有序低熵结构的环境，我们人类不会出现在这里，更不会注意到这些。 mix4bjkUOp5BevT5JzmZRS2Xbqeu8vbvG9EutsNe2D4JSp2+//HWPIM87Mq0pD2H