回望历史不难发现,“科学”是文明质变的关键,它的出现令人类摆脱了蒙昧,让人类能够更加透彻的观察和研究世界,同时也使得人类具备了改造世界的能力,
随着对世界了解的不断深入,科学在引领人类前行的同时,也揭开许多了隐藏在“一片祥和”背后的恐怖理论,比如有着物理学第一定律之称的“熵增定律”。
什么是“熵(shāng)增定律”?
它最早起源于热力学,用于描述热量从高温物体转移到低温物体的不可逆过程。而随着统计物理、信息论等一系列理论的发展,人们逐渐认识到“熵”的本质,即孤立系统中的无序程度,“熵”越高无序程度越高。
例如东西越用越旧、无人打扫的房间积灰越来越多、开水的温度越来越低等等,都是“熵增”的表现。
正如上文所说,“熵”经过多年的发展演变,已经从单纯的热力学参量,变成了一个多领域参量,有科学家就曾用“熵”来定义生命。
量子力学奠基人薛定谔曾写过一本名为《生命是什么》的书,他在书中指出,生命的本质是一个负熵系统,也就是能够通过摄入负熵来减少自身的熵增。
无数的结果表明,薛定谔用“熵”来描述生命本质的观点是正确的,而这也就出现了一个耐人寻味的问题:宇宙是熵增的,为什么却出现了熵减的生命呢?说明生命是某种特殊的存在,还是说“熵增定律”从根本上就不正确呢?
其实从鲁道夫·克劳修斯第一次提出“熵增定律”的时候,这个明显有悖于常识的理论便遭到了很多人的抨击。
比如麦克斯韦创造了无所不能的“麦克斯韦妖”,试图反驳“熵增定律”不可逆的事实,而物理学家奥斯特瓦尔德甚至直接将它斥为“罪恶的渊薮”,可见熵增定律在当时的时代有多么的不受待见。
如果说“麦克斯韦妖”的反驳只是“毛毛雨”的话,那么物理学家约翰·洛施密特(Johann Josef Loschmidt)提出的“可反演性悖论”绝对是直击要害。
洛施密特指出,如果对符合时间反演性规律的粒子进行反演,那么就会有熵增的情况出现,这和熵只会增加的观点严重相悖,由此说明“熵增定律”是错误的。
什么是时间反演性?
通俗易懂的说,就是反过来进行推演。举个简单例子,小明站在埃菲尔铁塔上向下扔一个砖头,该砖头下落的速度会依照牛顿第二定律增加,倘若我们将小明扔砖头这个过程“倒放”,就能够看到砖头的下落速度依照牛顿第二定律减少,直至完全回到小明手中时速度变成0。
在整个抛接的过程中,不论是正常来看还是倒放来看,牛顿力学都能够完美诠释,这就是动力学的“时间反演性”。
当然,不仅仅是经典力学体系下的动力学方程具有反演性,微观世界中粒子的运动同样也具有这样的属性。
单从理论上来看,只要微观粒子具有反演性,就说明系统内的熵不但可以增加,同时也是能够减少的。但这也仅仅只是理论上,因为现实生活中的情况可不是这样。
就比如一个陶瓷工艺品从高处摔落,无论怎样播放摔落过程,我们依旧可以很简单的做出判断,这明显不符合时间反演性。
怎么解释“可反演性悖论”呢?
物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Eduard Boltzmann)表示,熵增不是一个单调的过程。在宏观系统中,熵增加的概率要远超减少的概率,就算系统已经处于热平衡状态,熵也会在最大值附近出现一定的涨落,涨落幅度越大,出现的概率越小。
玻尔兹曼的解释可能有些晦涩,但道理其实非常简单,我们完全可以用一个比喻诠释这段拗口的话:给猩猩一个打印机,只要时间足够长,它就能够将三国演义打出来。当然,概率是非常低的,但我们不能因概率低就说这种可能不存在。
再比如说汹涌的江水,如果奔流的江水代表“熵增”,那因撞上礁石而出现的回旋就是“熵减”。千万别瞧不起这渺小的回旋(熵减),因为它能够创造出绚烂的世界。
总结一下
虽然宇宙总体在熵增,但这不代表宇宙所有东西全部在熵增,局部出现熵减是宇宙规则所允许的。
就是因为局部熵减的存在,才能够诞生正在负熵循环的地球,继而诞生以负熵为食的低熵生命。如果仅以“熵”的角度探寻生命本质,物理学家们对生命的认识,可能要远远超过生物学家们。
对于这个答案是不是觉得有些颠覆认知呢?别急,后面还有更颠覆认知的东西。
基于上文提到的“涨落理论”,科学界还诞生了一个极为有趣的东西——玻尔兹曼大脑。它是由熵的涨落而出现的自我意识体。
单从理论上来看,宇宙中孕育“玻尔兹曼大脑”的概率要比孕育出复杂的人类高得多。换句话说,宇宙孕育出纯粹以大脑为主体的生命形式的概率,要远远超过人类这种生命形式概率。
因此,另一种更细思极恐和颠覆认知的可能就出现了:我们有理由相信,在人类没有触碰过的宇宙空间中,可能存在着无数玻尔兹曼大脑,而它们此刻或许正默默地观察着人类。
页面更新:2024-03-19
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