☉〔西班牙〕大衛(wèi)·加耶 ◎姜 寧譯

不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)，再怎么整理，房間還是很容易變得很亂：床上被子亂堆，衣服被丟得到處都是，書架上的書被亂七八糟地擺在桌面上，坐墊又掉在地上了……起床時明明已經(jīng)把所有的物品都整理得齊齊整整，可是不知道為什么，一到晚上房間又會變得很亂。所以，我們總是需要耗費一定的時間和精力來整理房間，讓所有物品歸位。當(dāng)然了，有的時候你可能也會偷懶，對這些置之不理，但是不論你整理不整理，房間總是容易變得很亂。

其實，房間變亂的現(xiàn)象和自然規(guī)律如出一轍。宇宙中，每一個獨立的系統(tǒng)都傾向于往總能量最低、混亂程度最大的狀態(tài)變化。物理學(xué)家們用一個熱力學(xué)量，也就是“熵”來描述這種混亂程度。這個熱力學(xué)量不僅僅給很多科學(xué)家?guī)砹遂`感，更激發(fā)了很多藝術(shù)家、商人等的想象力，大家都對“熵”具有濃厚的討論興趣。說不定，你會在酒吧、藝術(shù)講座等場合聽到這個名詞。

宇宙中的“熵”值具有增長的特性。這個特點是熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容，也被稱為“熵增定律”，是我們的現(xiàn)實生活中最能直觀反映出來的定律之一。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，即假設(shè)宇宙中的總能量守恒，那么熵的增量總是大于零。這就解釋了很多現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

熵增變化也解釋了時間是怎么運轉(zhuǎn)的，在日常生活中，我們能通過各種不同的表現(xiàn)形式見證過去到未來的變化。和空間不同的是，時間的運轉(zhuǎn)是不對稱的——我們不能回到過去，我們經(jīng)歷的一切都只能面向未來。在時間向未來行進的同時，熵值也一直在增加——整理過后，你的房間還是會越來越亂；當(dāng)你摔壞一個紅酒杯，杯子會碎成若干片，散落在地毯上，并且再也無法被拼湊成原來的酒杯了。生活不能像播放視頻一樣回放，因為時間無法倒退。

熵的概念是在18世紀(jì)下半葉，即在工業(yè)革命時期，由德國科學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏固岢鰜淼?。之后，物理學(xué)家路德維?！げ柶澛U明了熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計性質(zhì)。那時，人類剛開始研究熱機，如蒸汽機、火車頭等。人們發(fā)現(xiàn)熱量總是從溫度更高的物體傳遞給溫度較低的物體。也就是說，一個只有25℃的物體不會傳遞自身的熱量給一個100℃的物體。考慮到物體的溫度是組成物體的分子震動產(chǎn)生的外在表現(xiàn)，這就好理解了：震動頻率更高的物體會使得震動頻率較低的物體加快震動，但這個過程反過來并不能成立。所以，在較高溫度下，冰塊會融化成水，它的分子結(jié)構(gòu)變得松散，并且會吸收熱量。相反，冰箱可以讓食物在外界炎熱的環(huán)境中保持低溫，但是這個過程需要持續(xù)的電流輸入，來提供充足的外來能量補給。

但人體是一個例外，人體是一個沒有遵守?zé)崃W(xué)平衡規(guī)則的系統(tǒng)。天氣寒冷時，我們的體溫并不會下降到和環(huán)境溫度一樣；夏天到來后，我們的體溫也不會高達40℃。體溫之所以一直保持在36℃左右，是因為這是能夠讓身體各個器官正常運作的最佳溫度（除了我們生病、發(fā)燒等特殊情況）。另外，人體是一個非常有秩序的系統(tǒng)，其中各個器官、組織、細胞都在有序運轉(zhuǎn)……我們到底是怎么做到在違背熱力學(xué)定律的情況下仍能安穩(wěn)地生存在世界上的呢？這是因為，我們一直靠進食來補充自身消耗掉的能量。人類攝入各種各樣的食物，并且消化掉這些食物，使其變成二氧化碳、氨化合物和其他被分解的有機物。也就是說，我們解構(gòu)了環(huán)境中的各種成分，使其變得無序，以維持人體的秩序?？梢哉f，人類一直在同熵增定律進行抗?fàn)?。?dāng)一個人和環(huán)境保持了熱力學(xué)平衡時，就意味著一個很可怕的事實：這個人已經(jīng)死了——因為尸體溫度會和環(huán)境溫度一樣，而不會保持在36℃。

當(dāng)宇宙的熵值達到無限大以至于無法再增長的時候，在熱力學(xué)上，宇宙就已經(jīng)處于死亡狀態(tài)了，因為此時宇宙中的一切物體都處于熱力學(xué)的平衡狀態(tài)，宇宙的溫度也會到達絕對零度。在這種情況下，不會再有任何能量可以用來做功，就好像天塌下來然后世間萬物都崩塌了一般。但幸好，宇宙要達到這個狀態(tài)至少還要10100年的時間。

除了宇宙的崩塌，熱力學(xué)第二定律在我們的生活中還有一個更為常見的表現(xiàn)——我們在做功的過程中始終會消耗掉部分能量，即我們不能夠?qū)崿F(xiàn)百分百的能量轉(zhuǎn)換，在做功的過程中總會將部分能量以熱能的形式浪費掉——機器在運轉(zhuǎn)時會發(fā)燙變熱，但這種變熱并不是我們想要的結(jié)果。這種變熱是一種對我們投入的能量的浪費。從這個意義上來說，一臺機器永遠無法百分百地實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。這個熱力學(xué)定律解釋了為何永動機是不可能存在的——永動機就是能夠永遠不需要外來能量的補給（不需要電池、燃料供能）、不會浪費任何能量，并能夠永遠運轉(zhuǎn)的機器。歷史上有許許多多的發(fā)明家曾想方設(shè)法要創(chuàng)造出一臺永動機。顯然，他們無一成功。

此外，熵增定律還可以解釋事物的不可逆轉(zhuǎn)性。比如說，如果你把一包白糖倒進水中，然后用攪拌棒把糖攪拌開來，糖會溶在水中。這個時候，如果你換相反方向來攪拌，糖還是會溶在水里，而不會恢復(fù)成原來的固態(tài)。為什么會這樣呢？這是因為在攪拌的過程中，糖的熵值增加了，糖分子擺脫了固態(tài)時的有序狀態(tài)，和水分子混合在一起，排列得更加混亂無序了。這符合熵增定律，所以是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程。那些不會和外界環(huán)境進行熱量交換的過程（絕熱過程）只有在其熵值不變的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)逆轉(zhuǎn)。然而，如果我們發(fā)現(xiàn)某個事物的運行過程會降低其熵值，那就意味著其周圍環(huán)境的熵值增加了，而且總熵值肯定也是增加的。所以，當(dāng)我們工作時，我們或許確實可以降低某物的熵值，如整理我們的房間。但是，這個過程一定會消耗許多能量，畢竟大家心知肚明，收拾房間有多累。

《辛普森一家》里就有一集，荷馬對他老婆發(fā)出吶喊：“瑪姬，這個家里遵守的可是熱力學(xué)定律??！”

（碩 明摘自四川文藝出版社《那些聽過卻從未搞明白的問題》一書，劉 宏圖）