首页 2024年度读书榜单 2023年度读书榜单 2022年度读书榜单 更多历年榜单 王从心 2025-03-13 09:14:50

我终于明白了“熵”是什么!

之前读过《薛定谔生命物理学讲义》,这本书其实是《生命是什么》和《意识与物质》两本书的集合。我很吃力的读完了《生命是什么》,不求甚解的接受了“生命在于负熵”这一概念。从此,我的生活真是一天好过一天。熵,成为一个口袋,生活中大大小小的困惑,我都将其丢入“熵”这个口袋来思考、解决。

我生活中的困惑,可以描述为“手段与目标不匹配”。我的手段是“极简主义”,目的是“一劳永逸”。现在想来,“极简主义”不但没有问题,而且是“负熵”的极佳手段。问题出在“一劳永逸”这一目的,这个世界不存在“毕其功于一役”,唯有不停的做功,才能实现“负熵”。

而生命就在于“负熵”。

简单粗暴的理解,“熵”是混乱程度的度量单位。熵值越高,越混乱无序。熵值越低,越井然有序。我现在已经回想不起薛定谔说了些什么,只记得合上书本,记得一个结论:“熵增是必然的”。

无论办公桌收拾的多么整洁,自然规律就是会变乱;无论这一次健身多么成功,身材还是会逐渐走样;无论这一次求婚多么惊天动地,慢慢也会归于平淡。总之,从有序(低熵状态)走向无序(高熵状态),是不以人的意志为转移的,可以理解为“天道”。人的选择只能是,不停的收拾办公桌,不停的锻炼身体,不停的维护一段感情。对,如同加缪笔下的西西弗斯,不停的推石上山,永远没有一劳永逸。人能做的,就是在不停的推石上山的过程中,享受生命的乐趣。

由于明白了这个道理,我的生活越来越好,困惑越来越少。但是,我的理解方式过于“感性”,并没有全然明白什么是“熵”。我曾经试图捡起物理学,好好研究一下热力学第二定律,让自己更加理解“熵”的含义。不过,我没有成功,要么是被复杂的物理公式搞得云里雾里,要么就是被一些人的误读带偏了方向。

由于自己的一知半解,我无法向身边的亲人、朋友推荐“负熵”的伟大意义。试想,多一个人理解了“熵”的含义,就会多造福一个人,这个世界也会因此而美好一点。对此,我竟然无能为力。

终于,我读到了《直到时间的尽头》这本书,作者是布莱恩·格林。当我读完第二、三章,感叹于作者用如此简洁、精妙的语言说明白了“熵”的含义,内心的愉悦难以言表。亚马逊的编辑说,“要说故事达人讲物理,没人比得上格林(本书作者)”,这一评价十分精准。

为了检验自己是真的明白了,也为了能向朋友推荐,我下面开始东施效颦,复述布莱恩·格林关于“熵”的表述,当然也会加一点自己的调料。

一、什么是“熵”

第一步,从蒸汽机开始……

熵增原理,其实就是热力学第二定律。我们得从人类发现这一定律讲起。

在19世纪中期,工业革命如火如荼,蒸汽机成为推动生产的主力。蒸汽机虽然好用,但是其自身效率却亟待提高。最初,燃烧木材、煤炭产生的热量,只有5%用来运转蒸汽机,而95%则变成废热被浪费掉了。如果你是19世纪的工程师、科学家、商人,一定满脑子都在想一件事:如何提高蒸汽机的效率。

几十年过去了,蒸汽机的效率果真得到了极大提高,而科学家的研究也形成了一个标志性成果:热力学第二定律。用最浅白的话说,热力学第二定律显示,产生废热是不可避免的。这一定律之所以如此重要,是因为它虽然因蒸汽机而被发现,却放之四海而皆准。也就是说,这一定律表明,宇宙间万事万物都有损耗、退化和凋敝的强烈趋势。

记得之前有一个国产电视剧,里面有一句台词:吃不穷、穿不穷,算计不到才会穷。的确,生活中很多人终其一生都在谋划、算计,享受大脑的理性分析功能。前段时间,知乎有一个热门问题,一个女孩吐槽,男朋友每天晚上在面包店蹲守,至晚10点面包店临近闭店时抢购“买一送一”的面包,当作两人的早餐。这一行为让女孩很不舒服,但是说不出所以然。

说到底,一切都是为了开源节流。我对此并不陌生。作为一个中年人,我身边朋友大都是“上有老、下有小”的同龄人,一方面享受有房有车的光鲜外表,另一方面承受各种经济压力,一门心思专研省钱。今年9月25日银行调低首套房贷款利率,身边一片欢呼雀跃。

我对于开源节流,没有什么好方法,但是面对损失,却很少精神内耗。因为根据热力学第二定律,损失在所难免,它即使不发生在这里,也会损耗在别处。或许,用热力学第二定律指导人生有点“生拉硬套”,但是却很管用,能治疗精神内耗。这个定律让我明白,只要不是彻底失去理性,在面对生活中的损失时,不如大度一点、豁达一点。

损失不可避免,不必过度苛求。

第二步,用抛硬币的方式,理解“熵”。

假设你有一袋子硬币,共100枚。你将硬币倒在桌子上,恰巧100枚硬币全都正面朝上。尽管这种概率很低,但还是发生了,你觉得非常惊奇。你准备将硬币全部装回袋子,重复操作看看会发生什么?

先别行动,我们先想想可能性。

现在,桌子上的100枚硬币全部正面朝上。假设这种状况不是随机发生的,而是老师布置的作业,那么无论是班上最聪明的天才、还是最笨的学生,将所有硬币全部正面朝上,都只有 1 种可能性(就是将所有硬币正面朝上)。

我现在要求你,将其中 1 枚硬币背面朝上。请注意,我没有指定翻转哪 1 枚硬币,所以,你可以任意翻转100枚硬币中的任何 1 枚, 即实现这一要求有100种可能性。

我现在要求你,将其中2枚硬币背面朝上,同样不指定是哪两枚,则存在4950种可能性。

可见,随着背面朝上硬币数量的增加,可能性也成指数级增加。最大的可能性发生在50枚硬币正面朝上,50枚硬币背面朝上的情况,有10万亿亿亿种可能(100 891 344 545 564 193 334 812 497 256种组合)。

所以,现在行动吧,将硬币全部装回袋子,随便晃一晃,然后倒在桌子上,看看会发生什么?如果你的硬币没有动过手脚,那么100枚硬币全部正面朝上的概率,仍然存在,只是概率极低。最大概率出现的情况是,若干硬币正面朝上、其余硬币背面朝下。如果你抛硬币的次数足够多,出现最多的情况会接近50枚硬币正面朝上,50枚硬币背面朝上。

第三步,回到厨房观察蒸汽。

假设你在厨房蒸一锅包子,看着水蒸气咕咚咕咚的溢出锅盖,你畅想着美味即将到来。先别想着吃包子,让我们看看厨房里面弥漫的水蒸汽。

还记得刚才说过的硬币实验吧。现在假设,每一个水蒸气分子,都是一枚硬币。既然每一枚硬币都可以正面朝上,那我们现在假设厨房里每一个水蒸气分子垂直向上运动,那么将在厨房天花板上凝结成一个圆柱体。如果你看到这样的景象,肯定会吓坏了。

但是,估计你一辈子没有看到过这种场景。虽然从概率上讲有可能发生,但是其概率值太低了。还记得我们的硬币实验吗?只有100枚硬币,如果正面全部朝上的概率为1,那么50枚正面朝上、50枚正面朝下的概率为10万亿亿亿种可能。而现在厨房里的水蒸气分子,可不是100个,而是一个天文数字,而每一个水蒸气分子也不像硬币只有“正、反”两种可能,而是可以向空间内任何一个方向运动。所以,如果你的厨房处于封闭状态,那么看到的大概率事件是,水蒸气慢慢弥漫至整个厨房空间。

我们说100枚硬币,全部正面朝上,是有秩序的表现,即处于低熵状态;50枚硬币朝上、50枚硬币朝下,为无序的表现,即处于高熵状态。

我们说在封闭厨房里,水蒸气朝一个方向运动而挤成一团,为低熵状态;水蒸气弥漫至厨房的每一个角落,平均占据着厨房的空间,为高熵状态。

现在,你可以拿出手机,搜一下“热力学第二定律”,“百度百科”给出的定义是:又名熵增原理,指孤立热力学系统的熵不减少,总是增大或者不变。用来给出一个孤立系统的演化方向。说明一个孤立系统不可能朝低熵状态发展,即不会变得有序。

二、把“熵”作为工具,理解这个世界

熵增是必然趋势,在宏大的时间背景下,地球、太阳系、银河系都将灰飞烟灭,整个宇宙最终会达到“热寂”状态。当然,人生不过百岁,太过宏大的视角对于普通人来说意义不大,还是让我们将视线拉回现实生活,以“熵”作为工具去理解这个世界。我们知道,熵增(混乱)有两个前提,一是孤立系统,二是无外力做功。那么,要想熵减(走向秩序),答案也很明显:开放系统、做功。

我们今天国富民强,一个重要的原因是40年的改革开放。如果把国家看做一个系统,“改革”属于做功,“开放”属于打破孤立系统,而“国富民强”即是高度秩序状态(低熵)。

对于任何机构、个人,道理也是一样。只要不开放、或者不做功,就会一直熵增,直至消亡。

还是回到个人吧!想想我们每一个人,从物理上看,就是一堆粒子牢牢的聚合在一起。按照热力学第二定律,这些粒子如同你家里厨房的水蒸气,时刻处于熵增状态。但是,我们好像从来不担心,自己下一刻就烟消云散。那是因为,我们每时每刻都在“熵减”。

按照薛定谔的定义,生命以“负熵”为生。我们身体里每时每刻都产生“熵”,而人体通过新陈代谢,将这些“熵”消除掉。我们将高秩序的、低熵状态的食物吃进身体,经过消化吸收,排泄出低秩序的、高熵状态的废物。这个过程,我们可以想象成把“秩序”留在体内,把“熵”排出体外。

基于这个视角,就能理解为什么不推荐深加工食品,而倡导原生态食物。因为深加工意味着食物不再那么有秩序(高熵状态),而原生态以为着高度秩序(低熵状态)。所以,“食不厌精、脍不厌细”是伪命题。比如,对于鸡蛋五花八门的吃法,最健康的是水煮蛋。

基于这个视角,就能理解为什么我们需要旅游、读书、睡眠、休息。因为大脑时刻处于熵增状态,我们需要这些手段让大脑熵减。如果你让大脑时刻紧绷着,那么熵增会带来失眠、烦躁、抑郁甚至疯魔。

三、“负熵”和“卷”不一样

我看过一些自媒体介绍“熵”,虽然物理学知识点没有说错,但是其结果却是在输出焦虑。因为,“负熵”意味着需要做功,所以被粗暴的等同于“卷”。

“负熵”和“卷”有两点核心区别:

第一,“负熵”要求是开放系统,而“卷”不需要。如果你留意一下,会发现封闭系统非常容易出现“卷”的情况。

第二,“负熵”追求的是秩序,比如,多多睡觉、好好休息有助于大脑恢复秩序,而“卷”则要求无效努力。再比如,适度锻炼身体是“负熵”,而过度锻炼身体容易过劳死。

因为看到别人出错,也会想到自己可能出错。关于“熵”的介绍,我也可能理解有误。同时,我的介绍也过于皮毛、肤浅,只是书中几页的内容。所以,我推荐读者去阅读薛定谔的《生命是什么》、布莱恩·格林的《直到时间的尽头》或者其他相关好书,以求取真经。

最后,说一则轶事。

1953年,生物学家弗朗西斯·克里克给1932年诺贝尔物理学奖得主、量子力学奠基人之一埃尔温·薛定谔写了一封信:“亲爱的薛定谔教授:沃森和我有一次聊到我们是怎么进入分子生物学领域的,然后发现我们俩都受到了您的小书《生命是什么》的影响……我们觉得您可能会对随信所附的论文感兴趣——您会发现,您的‘非周期晶体’这个词似乎非常贴切”。

克里克提及的沃森,当然是指詹姆斯·沃森,而随信附的论文(不到一页篇幅),就是他们发现DNA双螺旋结构的论文。他们可以被誉为人类的“盗火者”,也因此获得了1962年的诺贝尔奖。1953年他们把论文先发给薛定谔,即是向这位老师致敬。

这则轶事,让我深深的感受到:知识就是力量。深者得其深,浅者得其浅。深者可以遨游知识的海洋,成为人类的“盗火者”;浅者(如我)可以借用知识的力量,在生活中求取智慧,让自己活得更舒适一点。

以上。

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