作者:黎荔

熵,德国物理学家克劳修斯于1865年提出的一个概念。熵是热力学中表征物质状态的参量之一,用符号S表示,其物理意义是体系混乱程度的度量。一个系统越混乱,其熵值就越大;越是整齐,其熵值就越小。熵增原理指的是一个孤立系统内的自发过程,都是从朝越来越混乱的方向发展,意思是向熵增加的方向发展。在系统内部,熵只能增加不能减少,所以一切都会从有序向无序发展,所以草木会枯萎,屋子不收拾会变乱,生命会走向衰老死亡。每个人都是孤零零来到人世,再一个人孤零零离开,融入宇宙无限的熵增趋势,默默地被宇宙的一片混沌所吞噬。这是人生在世最残忍的很少有人能够坦然面对的事实。
生活中的很多现象,比如:懒散容易自律难,放弃容易坚持难,变坏容易变好难,拖延容易行动难,邋遢容易整洁难……这些现象都和熵增加原理有关。就好像面对一个沙堆,我们可以随意更改沙堆的“形状”,但不管组成哪种形状,构成沙子的“结构”不会发生任何改变,从熵的意义上讲,这个沙堆(泛指一切自然形成的沙堆,大同小异)的熵值很高。但是,当我们把沙堆弄成一个沙堡,这时,有规则形状的沙堡的组合可能性就会骤降,不再是原先的无限可能了,但沙子的结构仍然不会发生任何变化。从熵的意义上讲,这个沙堡的熵值很低。但是,维持这个沙堡形状不变的成本很高,一个系统要实现熵减,需要额外施加外力,克服熵增之余,再实现系统熵值的降低,这是一个逆着熵值做功的过程。
我们将散乱的沙堆变成沙堡,是一种负熵行为,负熵是物质系统有序化、组织化、复杂化状态的一种量度。历史上是由物理学家列奥·齐拉德(Leo Szilard)首次提出了“负熵”这个经典热力学中从未出现过的概念和术语。负熵就是熵的对立,熵代表的是无序,而负熵表示的则是有序。我相信,在自然界中一定存在着和熵增相反的能量控制机制,只是还无法清晰地说明这种机制。
熵增与熵减,看似是相反方向,但某些时候,又只是一线之隔。大自然中的许多植物、动物,都有一个共同且鲜明的特征,那就是对称。宇宙的根本规律是对立统一规律,宇宙平衡的造就,在于宇宙存在对称。对称构造了整个世界,对称维系着整个世界,对称整合着整个世界的依存和秩序。所以,当大自然构造像DNA这样的大分子时,总是遵循复制的原则,将分子按照对称的螺旋结构联接在一起,而构成螺旋形结构的空间排列是全同的。但这并不意味着是绝对对称与绝对重复,大自然会在复制过程中,以对精确对称性的细微偏离,在大分子单位的排列次序上产生新的可能性,从而使得那些更便于复制的样式更快地发展。显然,对称性的破坏是事物不断发展演化,变得丰富多彩的动因。而熵增与熵减应该遵循同样的机制。只有基本上对称而又不完全对称才构成美的形式和图案,只有基本上熵增而又不完全熵增(在某些情况下熵减,可以逆着熵增做功)才构成宇宙混乱中有序的演变运行。
德国物理学家埃姆登说过:在自然过程的庞大工厂里,熵原理是经理,因为它规定整个企业的经营方式和方法;能原理只不过是书记员,平衡着贷方和借方。熵这个概念目前已经不仅仅在物理学、化学等自然科学中发挥作用,在经济学、社会学等领域也引入了熵这个概念。
早期时候有人认为能量是宇宙的主宰,而熵不过是其影子。后来,熵的重要性越来越明显了。不过,今天我们对熵原理的理解,不能仅限于熵增,还要理解熵减,从正负两面同时理解。
宇宙存在对称性与不对称性,两者同时存在,相生相克,相互依偎,共同运转生生不息。宇宙也存在熵增机制与熵减机制,熵增使宇宙运动变化演化、运转振荡,产生事物多样性,熵减使宇宙平衡稳定,使事物存在,使事物发展变化但仍然为一个整体。不过,大自然往往喜欢隐藏其对称性,而表现出非对称性的一面;大自然喜欢隐藏其熵减机制,而表现出熵增机制的一面。也许,不稳定的对称性变为稳定的非对称性,不稳定的熵减机制变为稳定的熵增机制,是理解生命、宇宙以及万物的关键。