人以負(fù)熵為食 文/英子3 T/ Y5 ]& n, |: ~ A3 z
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理工科學(xué)生應(yīng)該對(duì)“熵”的概念毫無壓力，學(xué)文的朋友應(yīng)該也聽過。初中的時(shí)候大家都學(xué)過熱力學(xué)第二定律，它的一種簡(jiǎn)單表述為“孤立系統(tǒng)的熵值永不減少”。（閑話：我把自己歸入半文半理類，大概就是自我感覺學(xué)文會(huì)很有出息，實(shí)際死在學(xué)理的半路上的那種。）如果不是讀了《信息簡(jiǎn)史》，我肯定不會(huì)如此眷顧這個(gè)概念，？，這個(gè)東西實(shí)在是太驚人了，你一呼一吸、一顰一笑之間竟是滿滿的熵。（高大上的感覺頓時(shí)來了，有木有？）毫不夸張地說，關(guān)于宇宙的起與滅，人類的生與死， “熵”是不折不扣的主角。
熵與熱力學(xué)第二定律
熵是什么呢？（下面開啟嚴(yán)肅知識(shí)模式）“熵” 這個(gè)詞兒是由熱力學(xué)主要奠基人之一魯?shù)婪颉た藙谛匏故状翁岢龅模脕肀硎灸芰康牟豢捎贸潭取４蠹页Ｒ姷谋硎鍪牵乇硎倔w系的混亂程度（或無序程度，或隨機(jī)性）。既然是克勞修斯提出來的，熵最早自然是伴隨熱力學(xué)現(xiàn)身的。這就不得不重點(diǎn)說一下熱力學(xué)第二定律（對(duì)于物理總是不及格的人，談?wù)摮踔形锢碇R(shí)是一種多么痛的領(lǐng)悟！），它有兩種表示：一種是克勞修斯版本，不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；另一種是開爾文版本，不可能從單一熱源吸收能量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。科學(xué)家認(rèn)為這兩種表述是完全等價(jià)的，證明請(qǐng)參觀維基百科。加入熵的概念，并推廣到更一般的意義上，熱力學(xué)第二定律可以概括為：宇宙的熵恒增。（模式關(guān)閉）3 i8 r5 l- G6 Y* F! _% r! u6 Z, ^& i
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熱力學(xué)第二定律是個(gè)真命題嗎？大家知道，這年頭已經(jīng)很少有什么東西是絕對(duì)真理了，自從20世紀(jì)初物理界那些驚人的發(fā)現(xiàn)之后，經(jīng)典物理學(xué)得出的結(jié)論基本都只能在概率意義上成立了，但這不妨礙它成為基本的科學(xué)定律。正如麥克斯韋所說：熱力學(xué)第二定律等同于真理的程度與下述命題等同于真理的程度相同——把一杯水倒入大海之后，就不可能再取回同一杯水。. ]7 [0 B; G1 T' l$ Y
麥克斯韋妖. N# e4 C- c& Q" Z! @# Q2 u; p- a
哎呀，這位麥老兄一開始可不是這么想的，開始他對(duì)熱力學(xué)第二定律的態(tài)度那絕對(duì)是質(zhì)疑、質(zhì)疑，再質(zhì)疑。他甚至變出一只妖精來“恐嚇” 大家，這就是名垂千古的“麥克斯韋妖”。 麥克斯韋妖是麥克斯韋提出的一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)的存在物，它好似一個(gè)身手敏捷的小妖精，在不需要做功的情況下，能將密閉容器中混合均勻的A、B分子神奇般地分開；能將常溫鐵棒的一端變得滾燙，而另一端變得冰冷；能將食鹽溶液分為食鹽顆粒和清水……總之，可以反轉(zhuǎn)正常的擴(kuò)散過程。不得了啊，好讓人激動(dòng)啊，你我雖然不是物理學(xué)家，但一想到若真存在這樣一個(gè)“無限敏銳的感官存在物”，那也會(huì)激動(dòng)得忘記穿鞋而到大街上狂奔的！這不正是人類夢(mèng)寐以求的嗎？雨滴會(huì)從地面飛回云里，人們會(huì)從墳?zāi)棺呋負(fù)u籃……. ~4 G7 ?6 ]! { v' Q& N3 Z. {2 L g
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熱寂1 U5 A/ I& ^+ |/ m) h
熵在宇宙學(xué)中也掀起了軒然大波。“熱寂”聽過嗎？沒聽過沒關(guān)系，猜猜就知道什么意思了。熱寂（heat death）是關(guān)于宇宙終極命運(yùn)的一種假說，是根據(jù)熵增原理推出來的。毫無疑問我們可以把宇宙看成一個(gè)孤立系統(tǒng)，那么根據(jù)熱力學(xué)第二定律，宇宙的熵就會(huì)隨著時(shí)間的流逝而增加，直到達(dá)到某個(gè)最大值，這時(shí)候宇宙中其他有效能量已經(jīng)全數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能，所有物質(zhì)的溫度達(dá)到熱平衡，也就是說宇宙歸于靜止和死寂的狀態(tài)。聽完一身冷汗呢，有木有？生命消散，所有能量交換都stop了，這是一條徹頭徹尾的黃泉路啊！
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等等，你可能想問，麥克斯韋妖是否真的存在？熱寂說真的代表宇宙的盡頭嗎？本著嚴(yán)肅的科學(xué)素養(yǎng)，我絕對(duì)不會(huì)告訴你答案，破壞你在燈火闌珊處找到答案后回眸一笑的愜意。
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生命在于負(fù)熵
其實(shí)最key的point是熵跟生命糾纏到一起了，這聽起來簡(jiǎn)直酷斃了。人類自從有了意識(shí)，就對(duì)生命充滿敬畏，同時(shí)無時(shí)無刻不想揭開生命的面紗——生命究竟是什么？這可不光是生命科學(xué)家的事兒，就連大名鼎鼎的量子物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤都要專門搞個(gè)講座來試探性地回答這個(gè)問題。后來，薛定諤根據(jù)講座內(nèi)容整理了一本小書，叫《生命是什么》，是一本相當(dāng)搶手的科普讀物呢！不服不行，牛人就是牛人，業(yè)余性地研究一下下都能有如此轟動(dòng)的效果。話說，薛定諤的這本書引發(fā)了一場(chǎng)生物學(xué)革命，開出了好一朵燦爛的花兒，名字叫“分子生物學(xué)”。& m% W$ R3 [3 c- z
埃爾溫·薛定諤/ ^+ }6 S3 S' s& c
薛定諤在這本書中提出了一個(gè)驚人的觀點(diǎn)：生物體以負(fù)熵為食。他認(rèn)為：“新陳代謝的本質(zhì)是，生物體成功地使自己擺脫在其存活期內(nèi)所必然產(chǎn)生的所有熵。”當(dāng)無生命的孤立系統(tǒng)處于均勻一致的環(huán)境中時(shí)，其中的運(yùn)動(dòng)最終會(huì)趨于靜止，溫度趨于均勻一致，化學(xué)反應(yīng)最終也會(huì)停止，也就是達(dá)到了熵的最大化。無生命的和有生命的系統(tǒng)總有一些特征驚人地相似，以目前的技術(shù)看來，所有的生命都有一個(gè)終點(diǎn)，那就是死亡。好，且說人吧，每個(gè)人熵最大化的狀態(tài)便是死亡（由熵談?wù)撍劳鲆彩莻€(gè)有意思的話題，好吧，這里且不說）。因而，人在生命期限內(nèi)，一直保持不穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)抗熵增加。* @* [* }2 l: X7 `+ ?6 \! L% ~3 T
對(duì)抗熵增加也就意味著人要讓自身變得有序，怎么辦？從環(huán)境中汲取秩序。低級(jí)的汲取秩序也就是一個(gè)人要存活，要從周圍獲取食物，說白了，你得吃，這是生理需求。那高級(jí)的汲取秩序是什么？你要增加自身的技能，長(zhǎng)見識(shí)，在跟他人和社會(huì)的交往中獲益，說白了，這是馬斯洛的各種高級(jí)需求。可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為，對(duì)抗熵增加需要付出智慧，而這是人類生存的根本。
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其實(shí)這里還有一個(gè)非常大膽的結(jié)論：人以信息為食。不知道可否證明“人以負(fù)熵為食”與“人以信息為食”完全等價(jià)。中間其實(shí)有一條證據(jù)是“信息是負(fù)熵”（維納），這能作為充要條件嗎？對(duì)不起，我數(shù)學(xué)也沒學(xué)好。
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（下面開啟胡言亂語模式）從“人以負(fù)熵為食”我得出一個(gè)非常俗氣的結(jié)論，如果一個(gè)人什么都不做，熵就會(huì)增加，用一句大白話表示就是：你的德智體美勞會(huì)全面下降，你正以前所未有的正加速度沖向死亡的終點(diǎn)。嗯，一般人可能不愿意這么坐以待斃！思考也罷，攝取信息也罷，產(chǎn)生點(diǎn)負(fù)熵吧！（結(jié)束）4 ?' Q" M7 o8 O6 O" P/ x) U
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最后，其實(shí)麥克斯韋妖和熱寂都是可以破滴，自己找書看吧！書的名字它就叫，就叫，就叫什么來著~~~# _; J: _$ a4 G, D) N
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有一種追捧，發(fā)自內(nèi)心2 e6 N) `8 c" n# V4 }
讀書的過程中非常驚喜，神經(jīng)緊繃，邊讀邊暗自感嘆作者的知識(shí)廣博、語言幽默含蓄、見解深刻獨(dú)到，并且在讀完的時(shí)候還帶有一副意猶未盡以及稍顯傷感的神態(tài)，怎么就沒了？你明明想看到更多！這樣的書不常有，《信息簡(jiǎn)史》算一本。
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