“宇宙的尽头”不是铁岭，是一条铁律

原创金诚央视网

科学定律之最

生活中的一些现象，你可能从来没有细细想过：

你新买的手机，用着用着会变卡；

你整齐的卧室，几天后必然会乱；

你的公司，越来越人浮于事、效率低下；

……

还有刚刚过去的一年，澳洲大火、东非蝗灾、亚洲洪水、美国骚乱、南极高温、新冠病毒……各种不确定性充斥着世界。

来源：《2012》

连古人也讲“红颜易逝”“破镜难圆”“覆水难收”的道理……

发现没？万事万物终将从有序走向无序。重要的事情说3遍——

万事万物终将从有序走向无序！

这种具有时间方向性的过程就叫做：

熵增。

这会不会以偏概全？不会，宇宙中所有事物都遵循熵增定律，这背后无形的推动力也叫做：

热力学第二定律。

注意，这是科学定律，是大家中小学物理课上就学过的知识点，1850年，德国人克劳修斯给出了“热二”的定义：“不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响”。是不是还给老师了？现在赶紧补回来。

但怎么排第二了？第一定律岂不是更牛？介绍一下，热力学第一定律即著名的“能量守恒定律”，这是个很好理解的常识，人们常常根据这条定律出发，得出什么“人品守恒定律”“财富守恒定律”“智商守恒定律”“幸福守恒定律”……当然，后面几个都谈不上绝对的科学性。

爱因斯坦和相对论够厉害吧？他连最前沿的量子力学理论都瞧不上，偏偏老爱把“熵定律”称为“科学定律之最”。在数学公式上，因为热温之商，所以是一个“熵”字。

天啊！有了名人背书，“熵增”岂不给你的脏、乱、懒提供理论依据和行动依据了吗？

是的。每周7天，前6天你和你娃把家里搞得乱七八糟的事情叫“熵增”，最后1天保洁阿姨收拾的事情叫做“熵减”，然后你继续做“熵增”，如此循环。还有一种情形是你在老婆的驱使下自己做“熵减”。

再跟你讲个更恐怖的：

现在，我们把熵增的过程推演到极致，就会得到一个极其悲观的结论。具体来说，宇宙系统也遵循熵增定律，从一个奇点的大爆炸开始，到今天的混沌模样，未来越来越混乱，最终将达到热平衡的极限状态（最大混乱度），即宇宙每个角落温度都相等，宇宙的时间方向性终结了，宇宙也就消亡了，这就是著名的“热寂说”。

图：一个正在老化的恒星（Mz 2），处于生命的尽头，再过几千年，这些气体将消失在茫茫的宇宙中。来源：CFP

来源：《脱口秀大会》

“热寂说”意味着地球生命也将灭亡，那我们今天的奋斗还有意义吗？

这时候，麦克斯韦站出来了——他是牛顿死后、爱因斯坦生前最牛的科学家，位列物理学家“兵器谱”上的第三。牛顿完成了天、地运行规律的第一次科学“大一统”，麦克斯韦完成了电、磁、光的第二次科学“大一统”，爱因斯坦试图完成宏观相对论和微观量子力学的“大一统”，但失败了。

现在，麦克斯韦要逆转“熵增”，拯救科学，他找来了一个助手：

妖。

麦克斯韦的妖

在科学史上，有几大著名的神兽，比如“薛定谔的猫”“巴普洛夫的狗”“拉普拉斯的兽”“芝诺的龟”等等，“麦克斯韦的妖”就是其中之一。

这是个迷人的小妖精。1871年，麦克斯韦做了这么一个“思想实验”——

图：麦克斯韦妖，来源：《从掷骰子到阿尔法狗：趣谈概率》

有两个相互联通的容器，中间的阀门开着，冷、热空气混合，此时的熵比较大。

有一个本事逆天的小妖精，它把着阀门，还可以探测到每个分子的运动。

现在，如果速度快的分子要从左边容器往右边容器运动，妖精就让它过去；如果慢分子从右边容器往左边容器运动，妖精也让它过去。但其他情形，妖精会严格把门，不让分子经过。

在小妖的严格监视下，一段时间后，右边容器里都是快速运动分子，温度升高；左边容器里都是慢速运动分子，温度降低。各自容器较先前变得有序，“熵减”发生了！

“热二”受到了质疑！当时，美国历史学家亨利·亚当斯激动地写道：“人如同原子，那个掌控着热力学第二定律的麦克斯韦妖则应当成为总统。”

实验逻辑以当时的知识无法反驳，就这样，小妖在人世间大摇大摆地晃了近100年。

直到1961年，美国物理学家兰道尔发现，擦除信息会导致热量的耗散。也就是说，麦克斯韦的妖要测量分子速度，就要获取信息，这也就是要消耗能量的！容器里的熵是减小了，但总体环境的熵没有减小啊。这是科学认知的升级，是对麦克斯韦妖的核心攻击。

小妖卒。

除了麦克斯韦，被称为“最后一个数学全才”的法国数学家庞加莱在1895年证明，任何粒子在经过一个漫长的时间后，必然回到无限接近其初始的有序状态，熵减可以发生。这叫做“庞加莱回归”，用人话讲，就是存在：

轮回。

是不是想到了佛学中的“六道轮回”？现在，这可不是宗教的许诺，而是科学的赋予。

图：六道轮回

来源：CFP

近年，《科学》杂志发布了维也纳大学的科研成果，验证了存在“庞加莱回归”现象，证明了孤立系统是可以自发的走向“熵减”。

但是，“庞加莱回归”只是一种概率，逆熵虽然可能，但概率极其微小、所需时间远远超过人类的想象。就好比量子力学中的“崂山道士”穿墙而过是可能的，但是概率极小、需要时间极长。

也就是说，宇宙中宏观物体的熵增规律，是铁律，没有被否定。这启发我们可以在一定的系统中逆转熵，这就是科幻大片里常讲的故事。

接下来，上难度了。

时间倒转

问一个弱弱的问题，你知道“时间是什么”吗？先别着急动手打人。

孔子说，逝者如斯夫，不舍昼夜。这只是主观心理时间。

牛顿定律里，时间没有方向性，天上地下都一样。这是上帝规定的时间。

爱因斯坦脑中，你坐在宇宙飞船上，时间变慢，发生“钟慢效应”，从宇宙大爆炸开始到现在，时间具有方向性，这叫宇宙学时间。

图：《自然》杂志公布的宇宙形成渲染图

来源：CFP

量子力学中，欧洲原子能中心在1998年发现微观粒子的转化具有时间不对称性，也就是方向性，这又是一种微观世界时间。

熵增定律中，自然界存在一种客观的趋向无序的时间流逝方向，叫作热力学时间。

竟然有这么多时间，是不是更想打人了？怪不得约会总有人迟到，原来对时间的理解不一样啊。

我们拿电影举例。基普·索恩——诺奖得主、发现引力波的物理学家，他给《信条》的电影设定了逆转熵的“门”，穿过门后，时间逆转，世界沿着熵减的方向发展。于是，你看到：

子弹从墙上的枪眼（未来人留下的）里，逆向飞行，回到了现在手中的枪里。这是“逆向子弹”，比核武器还厉害，逆向子弹的伤口也是逆向的，不可愈合。

图：逆向子弹，来源：《信条》

在机场仓库偷画行动中，男主与蒙面人搏杀，其实是未来逆转回来的自己，和此刻的自己对打。剧中还有，燃烧的车不是把车里的人烧死，而是吸收他的热量、把他冻倒！这是“反热二”。

来源：《信条》

终极任务时，两个军事小组同时出发，一组正向时间，一组逆向时间，在时间维度上对敌人发起两个方向的攻击，并穿越时间互通对战经验，始终处于不败之地。这是“时间钳形攻势”。

运用这样的基础物理规律发动战争，用《三体》中的话说叫做：

降维打击。

图：时间钳形攻势

来源：《信条》

还可以这么玩？

这就比国产古装穿越剧、《复仇者联盟》等电影直接穿越到过去，然后一切重新按正向来一遍，高级多了。

刘慈欣小说《坍缩》中，也讲述了“现在的过去，将是你的未来”的道理，来看两端加深理解：

“时光将倒流，碎片就会重新复原，它会回到陈列柜中去，多少年以后，回到土中深埋，再过几千年的时间，它将回到燃烧的窑中，然后做为一团潮泥回到那位上古天文学家的手中……”

“也不要为你的父亲悲伤，他将很快复活，你们很快就会见面。在坍缩的宇宙中，他比你长寿，他将看着你做为婴儿离开这个世界。”

顺时间看因果，先因后果，逆时间看因果，先果后因。假如你在星巴克喝着拿铁，突然“熵减”会重新分离成咖啡、牛奶。再假如咱“《煮酒》哥”正在喝五粮液，酒突然“熵减”还原成高粱、糯米、玉米、小麦、大米，吃起了五谷杂粮。

怎么样，是不是摸到“时间是什么”的大门了？

知道了时间是什么，你肯定觉得还不过瘾，接下来我们再看看——“生命是什么”？

生命以“负熵”为生

1943年2月，剑桥大学三一学院演讲厅里，包括爱尔兰总统在内的400多名嘉宾正洗耳恭听。薛定谔——与那只“既死又活”的猫而名声大噪的物理学家，说话了：

“万事万物趋向从有序走向无序，即熵增……生命要维持在一个稳定而低的熵水平上，就需以负熵为生。”

图：薛定谔和猫

来源：《宇宙探索未解之迷》科普片

通俗地讲，生命也走向无序的熵增过程，想要活着，就得持续不断地吃、吃、吃，吃的食物就是“负熵”，因为它混乱度低、熵也低；然后，排出混乱度高、熵也高的便便，以此对抗热力学第二定律。地球的负熵就来自太阳的能量。

后来，薛定谔这次演讲的精髓编撰成一本《生命是什么》的巨著，开创了现代分子生物学，影响了很多人，其中一位叫做克里克，他发现了DNA双螺旋结构，揭示了遗传密码。如今，“熵”已经从物理学，被吸纳到几乎所有学科。

图：1948年版的《生命是什么》，来源：wikipedia

如果哪一天，你不再摄入“负熵” ，你就走向了生命的终结。同样，如果哪一个企业、城市、国家不再摄入“负熵” ，就走向了组织的终结。

管理学之父彼得·德鲁克把熵的概念引入组织学研究，他说，“管理要做的只有一件事，就是如何对抗熵增。只有这样，企业的生命力才会增加，而不是默默走向死亡。”

一座城市，保持开放包容的姿态，不断吸纳高素质的年轻人，与异地、他国进行人才交流、交换，就能保持创新活力和多元文化，并且能够克服老龄化的城市通病。从“负熵”的角度来理解，人力资源的到来，是城市“摄入”能量熵，吸纳先进的外部新思想，是城市“摄入”信息熵。深圳、硅谷都是这样的典型例子。

相反，为什么四五线城市与区域核心城市的发展差距越来越大？因为那些地方是相对孤立的系统，思维模式同质化，整个环境容易死气沉沉。如今发生的一幕是，越来越多的城市加入了“抢人”大战，从熵的角度理解，是正确的。

再看，如果一个国家不断毁约、退群、打贸易战，是容易陷入封闭状态的，不符合经济社会发展规律，也不符合热力学第二定律，最终将走向“熵死”。而秉持开放、拥抱全球化、扩大朋友圈的国家，是在做“熵减”之举。

熵增定律，这么一条简单的规律给我们指明了世界在底层逻辑上是沿着什么方向发展的。如果还觉得烧脑，就记住《信条》里的那句话吧——

【参考文献】

1. 《信条》，电影

2. 《生命是什么》，薛定谔

3. 《信息论40讲》，吴军

4. 《熵减：华为活力之源》，华为大学

5. 《坍缩》，刘慈欣

编辑/设计：子睿

责编：张雷
来源：央视网《煮酒》栏目