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宇宙万物都在熵增,为何会出现熵减的人类?是人类特殊吗?

c罗世界杯表现 2025-09-04 07:23:44 6690

熵的定义是纯数学的,dS=δQ/T。人们发现,根据克劳休斯不等式,不可逆体系的熵只能变大,即熵是混乱度的量度。微观上,有序表现为晶体的原子排列整齐,热力学第三定律即完美晶体(没有缺陷)熵为0。宏观上,有序表现为按一定顺序排列,比如cpu硅片比沙子有序。

然而,一切的生命都是熵值在减少。生命是由物质组成的,一切微观粒子在宏观上都以更加无序的方式发展。显然生命违反了熵增原理。生命“禁锢”了体内的所有粒子。当一个人死亡时,构成他身体的粒子又开始产生熵,身体快速腐烂和分解。但为什么人活着的时候身体不会自行分解呢?

人体结构本身并不像石头那样具有相当的稳定性,或者说生命体本身的结构是不稳定的。生命体之所以能够维持,是因为生命一直在以负熵为食,以自身熵的减少来对抗熵增。这种熵减状态的生命会出现,就像猴子打出莎士比亚的作品一样。这是偶然也是必然的。

为什么说是必然,因为猴子吃下的食物将营养物质转化为精华,然后与母猴一起创造出新的猴子,从概率的角度来看,比打出莎士比亚的作品更不可能,但从事实的角度来看,前者几乎肯定会成功。而几乎必然并不等同于概率,概率可以用数学来解释。例如,如果你随机购买一张彩票,则可以计算中奖的概率。但如果一个人买了0000000-9999999之间的每一个数字,事实上他中奖的概率几乎就是100%。

人类或者生命这种熵减的事物之所以出现,正是因为熵减的时候,波动过程会根据实际情况产生不同的结果。这些结果概率因实际情况不同而不同。例如,在斜塔实验中,当铁球撞击地面时,地面的形状会从无序变为有序(变得与铁球的接触面相同的弧形)。铁球的接触面是实际情况,地面产生弧线的概率是1,不会有其他形状。

这也解释了为什么宇宙熵增过程的波动恰好产生了人类这个有序的东西,却不会产生玻尔兹曼脑(混沌中熵波动产生的假设的自我意识)。玻尔兹曼脑的产生概率远低于地球上的生物体,这是分子形成有机体或玻尔兹曼脑时实际条件不同的必然结果。

不过,某种意义上来说,人类或者其他所谓熵减生物的诞生,实际上仍是在变相加速整个宇宙的熵增。生命或生物群体对熵增加的影响肯定大于正常的自然混乱程度。我们以铁矿石为例,人类已将铁元素散布到世界各地,如果人类消失了,后来的智慧生命将能够开采矿物,应该再也不会有这种级别的储备了。

人并不特殊,人的诞生如同雪花一样,它们似乎有规律,其实只是熵的一种形式。局部熵减少将加速整体熵增加,我们见识了人类文明如何演化成一个越来越有序的世界,但代价是地球生态系统亿万年积累的沉积物被消耗殆尽。生命和文明是宇宙回归寂静的催化剂,也是宇宙轮回的印证和参与者。有序的人类文明是熵的减少,而有序文明的稳定性则是熵的增加。人类文明水平越高,维持文明的成本就越大,这样的体系也就越脆弱。

因此,总熵值仍然是一个不断增加的过程。在恐龙时代,恐龙进化得越来越大,但它们适应环境因素变动的能力却每况愈下,最终在环境的巨变中灭绝了。按照这个推论,人类文明也可能会在某个时刻消失。

当然我们也不需要杞人忧天,因为熵增的前提是一个理想模型:孤立系统。孤立的系统在现实世界中也许根本不存在。如果地球是一个孤立的系统,它应该是完全寂静的,但实际上它必须与太阳交换能量。同样,太阳系也并非一个孤立的系统。即使是宇宙,我们也很难断定它一定是一个孤立的系统。


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