你是否曾留意過這樣一種充滿矛盾的生活現(xiàn)象:
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一棟被人用心居住的房子,哪怕歷經(jīng)數(shù)十年的風(fēng)雨沖刷,依舊能保持規(guī)整的模樣,窗明幾凈的屋內(nèi)藏著人間煙火,房梁穩(wěn)固、地坪平整,就連墻角的縫隙也難尋雜草的蹤跡;可一旦人去樓空,沒了生活的氣息,這棟房子便仿佛被按下了衰敗的加速鍵,不出兩三年,便會(huì)變得面目全非。
面對(duì)這樣的變化,老一輩人總會(huì)搖著頭給出一個(gè)樸素的答案:這是因?yàn)榉孔記]了“人氣”。
這個(gè)帶著生活智慧的說法,似乎道盡了其中的緣由,卻總讓人覺得隔著一層朦朧的迷霧。而物理學(xué)則用冰冷又客觀的語(yǔ)言,揭開了這層迷霧背后的真相:這從來(lái)都不是什么迷信的“人氣”,而是宇宙的底層法則在起作用——宇宙始終在“吃”掉秩序,將一切有序的存在拉向無(wú)序的混沌,這便是熵增。
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當(dāng)我們住在房子里時(shí),晨起的掃地擦桌、雨天的修瓦關(guān)窗、閑暇時(shí)的修修補(bǔ)補(bǔ),這些看似平凡的日常動(dòng)作,本質(zhì)上都是在為這棟房子輸入能量。
我們用這份能量,對(duì)抗著自然本就存在的混亂趨勢(shì),強(qiáng)行將房子的有序狀態(tài)維持下去。而一旦我們離開,不再有能量的輸入,那個(gè)名為熵增的“怪獸”便會(huì)立刻接管一切。
它無(wú)聲無(wú)息,沒有具體的形態(tài),卻又無(wú)處不在,滲透在每一個(gè)角落,以一種不可阻擋的力量,致力于把一切有序的東西,慢慢拖入混亂的深淵。我們終會(huì)明白,那些荒無(wú)人煙的廢墟,那些支離破碎的建筑,才是宇宙萬(wàn)物本來(lái)該有的樣子。
如果把視野從一棟小小的房子拉到浩瀚的宇宙,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),人類身處的這個(gè)偌大的宇宙,其實(shí)就是一間注定會(huì)走向人去樓空的“超級(jí)空房”。
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恒星是它照亮黑暗的燈泡,散發(fā)著光和熱;引力是它支撐結(jié)構(gòu)的房梁,將星系、行星牢牢牽引,維持著宇宙的基本秩序;而那些數(shù)之不盡的行星、星云,則是這棟“空房”里的零星陳設(shè)。
但這份有序終究只是暫時(shí)的,總有一天,恒星這個(gè)“燈泡”會(huì)耗盡內(nèi)部的燃料,再也無(wú)法發(fā)光發(fā)熱;引力這個(gè)“房梁”,也會(huì)因?yàn)橘|(zhì)子的衰變而逐漸崩塌,失去牽引的力量。
最終,整個(gè)宇宙會(huì)變成一鍋不再流動(dòng)、溫度均勻的死水,沒有光,沒有熱,沒有任何生命和活動(dòng)的痕跡,這就是物理學(xué)家預(yù)言的宇宙終極噩夢(mèng)——“熱寂”。
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而這一切的源頭,都要追溯到1865年。
那一年,德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在研究熱力學(xué)的過程中,發(fā)現(xiàn)了宇宙最底層的“漏洞”,并將其命名為“熵”。
熵,成為了衡量一個(gè)系統(tǒng)混亂程度的物理量,一個(gè)系統(tǒng)的熵值越高,代表著它的混亂程度越高;熵值越低,則代表著它的有序程度越高。克勞修斯的發(fā)現(xiàn),最終凝練為熱力學(xué)第二定律,也即熵增定律。
有人曾問愛因斯坦,在這個(gè)不斷被新的研究修正、完善的物理世界里,究竟有什么定律是絕對(duì)不可撼動(dòng)的?愛因斯坦給出的答案,既不是顛覆了人類時(shí)空認(rèn)知的相對(duì)論,也不是揭示了微觀世界奧秘的量子力學(xué),而是熵增定律。
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熵增定律,就像是一個(gè)關(guān)于“覆水難收”的永恒詛咒,它明確指出:在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里,熱量永遠(yuǎn)會(huì)單向流動(dòng),事物永遠(yuǎn)會(huì)自發(fā)地從有序跌落向無(wú)序,這個(gè)過程不可逆,也無(wú)法被阻止。
就像我們失手打碎的杯子,無(wú)法自己跳回桌上恢復(fù)成完整的模樣;被揉皺的紙張,不會(huì)自動(dòng)展平變回光滑的狀態(tài);潑出去的水,更不可能順著原來(lái)的軌跡回到杯中。
熵增定律,用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言,殘酷地鎖死了時(shí)間的方向,讓“過去”和“未來(lái)”有了截然不同的定義。我們能清晰地感知到時(shí)間的流逝,正是因?yàn)橹車囊磺卸荚谧裱卦龅囊?guī)律,從有序走向無(wú)序,而這份不可逆的變化,便是時(shí)間最好的證明。
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但熵增定律最可怕的地方,從來(lái)都不在于它能輕易破壞一切有序的存在,而在于它背后的“概率”邏輯。
1887年,物理學(xué)巨擘波爾茲曼從微觀的角度,揭開了熵的神秘面紗,讓人類對(duì)熵增有了更本質(zhì)的理解。他告訴我們,混亂之所以必然發(fā)生,并不是宇宙對(duì)人類懷有惡意,也不是有什么神秘的力量在刻意推動(dòng),僅僅是因?yàn)椤皻纭北取按嬖凇比菀琢藷o(wú)數(shù)倍,無(wú)序的概率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有序的概率。
我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的想象:你房間里的空氣分子,全部整齊地縮到一個(gè)角落,讓房間的其他地方變成真空的概率是多少?
答案是,這個(gè)概率在數(shù)學(xué)上雖然不為零,存在理論上的可能性,但在物理現(xiàn)實(shí)中,幾乎等于不可能。
相比之下,空氣分子亂七八糟地散布在房間各個(gè)角落,以無(wú)序的狀態(tài)存在的排列方式,要比這種高度有序的方式多出無(wú)數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。
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這就像一副打亂的撲克牌,想要讓它重新回到按花色、數(shù)字排列的有序狀態(tài),需要耗費(fèi)大量的精力去整理,而它保持混亂,甚至變得更混亂,卻不需要任何外力。
宇宙就像一個(gè)巨大的賭場(chǎng),莊家就是概率,它永遠(yuǎn)傾向于混亂,因?yàn)榛靵y的組合方式最多,出現(xiàn)的概率最大。在這樣一場(chǎng)注定必?cái)〉暮暧^賭局中,生命的誕生,簡(jiǎn)直是一場(chǎng)不可思議的“作弊”,是宇宙在無(wú)數(shù)種混亂的可能中,偶然出現(xiàn)的一種極致的有序。
這場(chǎng)“作弊”的真相,在1943年被徹底點(diǎn)破。那一年,量子力學(xué)的奠基人薛定諤,在愛爾蘭都柏林舉辦了一場(chǎng)關(guān)于生命本質(zhì)的講座,后來(lái)他將這場(chǎng)講座的內(nèi)容整理成著作《生命是什么》,在書中提出了一句振聾發(fā)聵的名言:“生命以負(fù)熵為食。”
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按照熵增定律的邏輯,在這個(gè)不斷走向無(wú)序的宇宙中,生命這種高度有序、高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu),本不該存在。我們?nèi)祟悾瑥囊粋€(gè)小小的細(xì)胞開始,逐漸發(fā)育成擁有數(shù)萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞、各個(gè)器官精密配合的生命體,本身就是一種違背宇宙底層法則的存在。
而我們之所以能活著,能思考,能感受世間的一切,能刷到這段關(guān)于熵增的文字,本質(zhì)上是因?yàn)槲覀兊纳恢痹诏偪竦芈訆Z外界的“負(fù)熵”。負(fù)熵,便是有序的代名詞,是能讓我們對(duì)抗自身熵增的力量。
你吃下的每一口飯,呼吸的每一口氧氣,看似是在為身體獲取物質(zhì)和能量,實(shí)則是在獲取“有序”。米飯、蔬菜、肉類,這些食物中蘊(yùn)含著低熵的化學(xué)能,是自然界中有序的能量形式;而氧氣,則是我們將這些低熵能量轉(zhuǎn)化為身體可用能量的關(guān)鍵。
我們的身體,就像是一個(gè)個(gè)精密的能量加工廠,不斷從環(huán)境中抽取低熵的能量,來(lái)修補(bǔ)自身不斷衰敗的細(xì)胞,維持體溫的恒定,支撐日常的活動(dòng),對(duì)抗著那個(gè)試圖把我們變成一堆黃土、回歸混沌的自然法則。從出生到死亡,我們的生命歷程,本身就是一場(chǎng)逆流而上的反抗,一場(chǎng)與熵增的持續(xù)對(duì)抗。
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但這場(chǎng)對(duì)抗,從來(lái)都不是無(wú)代價(jià)的。為了維持我們身體這幾十公斤的“低熵狀態(tài)”,我們必須向周圍的環(huán)境,排放更多、更混亂的“高熵廢物”。
這就像我們夏天使用的空調(diào),它通過消耗電能,將房間內(nèi)的熱量排出,讓房間內(nèi)部實(shí)現(xiàn)熵減,變得涼爽;但空調(diào)的外機(jī),卻在瘋狂地向街道、向空氣中排放廢熱,這些廢熱讓周圍的環(huán)境變得更加無(wú)序,導(dǎo)致整個(gè)城市的總熵值不斷增加。生命的存在,也是如此。
我們通過吃喝拉撒、呼吸代謝,將食物中的低熵能量轉(zhuǎn)化為身體活動(dòng)的能量,同時(shí)將低能光子轉(zhuǎn)化為高能廢熱,將有序的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)序的排泄物。我們只是在宇宙的局部實(shí)現(xiàn)了熵減,卻在這個(gè)過程中,加速了整個(gè)宇宙的熵增。
不止是人類,地球上的所有生命都是如此:植物通過光合作用,將光能這種低熵能量轉(zhuǎn)化為有機(jī)物,實(shí)現(xiàn)自身的熵減,卻也會(huì)向環(huán)境釋放氧氣和熱量;動(dòng)物以植物或其他動(dòng)物為食,獲取低熵,同時(shí)向環(huán)境排放二氧化碳和廢熱。整個(gè)地球的生態(tài)系統(tǒng),就是一個(gè)局部熵減的系統(tǒng),而它的存在,始終以整個(gè)宇宙的熵增為代價(jià)。
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當(dāng)我們把目光再次投向宇宙,便會(huì)發(fā)現(xiàn),就連地球、太陽(yáng),乃至整個(gè)銀河系,都無(wú)法逃脫熵增的終極命運(yùn)。
大約50億年后,太陽(yáng)系的核心——太陽(yáng),內(nèi)部的氫元素將會(huì)消耗殆盡。失去了氫核聚變的能量支撐,太陽(yáng)的核心會(huì)在自身引力的作用下開始塌縮,而外層的物質(zhì)則會(huì)因?yàn)楹诵乃s產(chǎn)生的巨大能量,發(fā)生劇烈的膨脹,最終太陽(yáng)會(huì)變成一顆體積龐大的紅巨星。
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那時(shí)的太陽(yáng),會(huì)像一只饑餓的火焰巨獸,在宇宙中肆意擴(kuò)張,一口吞掉距離它最近的水星和金星,它的外焰會(huì)直接舔舐到地球的軀殼。在高溫的炙烤下,地球的海洋會(huì)在幾分鐘內(nèi)蒸發(fā)殆盡,化作一縷縷水汽消散在宇宙中;堅(jiān)硬的山脈會(huì)熔化成滾燙的巖漿,在地表肆意流淌;人類文明存在過的一切痕跡,高樓、道路、書籍、藝術(shù)品,都會(huì)在極致的高溫中徹底氣化,消失得無(wú)影無(wú)蹤,仿佛人類從未在這顆星球上存在過。
大約100億年后,紅巨星階段的太陽(yáng)會(huì)耗盡最后的能量,外層的物質(zhì)會(huì)逐漸飄散在宇宙中,形成美麗的行星狀星云,而核心則會(huì)塌縮成一顆密度極高、體積卻很小的白矮星。白矮星不再發(fā)光發(fā)熱,只會(huì)依靠自身的余熱散發(fā)著微弱的光芒,在漫長(zhǎng)的時(shí)間里,它的余熱會(huì)慢慢消散,最終冷卻成一顆完全死寂的黑矮星——一塊漂浮在冰冷虛空中的宇宙級(jí)墓碑,默默見證著太陽(yáng)系的消亡。
而太陽(yáng)的命運(yùn),只是宇宙中所有恒星的縮影。隨著時(shí)間的推移,夜空中的星星會(huì)一顆接一顆地“關(guān)燈”,從明亮的恒星變成死寂的白矮星、中子星,甚至黑洞。當(dāng)最后一顆恒星也熄滅的那一刻,整個(gè)宇宙便會(huì)陷入永恒的黑暗,沒有光,沒有熱,只有冰冷的物質(zhì)和無(wú)盡的虛空。
但你以為,黑暗就是宇宙的終點(diǎn)嗎?
不,比黑暗更徹底的毀滅,還在后面。
因?yàn)樵陟卦龅姆▌t下,物質(zhì)本身也是會(huì)“腐爛”的。構(gòu)成我們身體、構(gòu)成世間一切物質(zhì)的最基本粒子——質(zhì)子,并不是永恒存在的,它有著自己的壽命,大約是10的34次方年。這個(gè)時(shí)間尺度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的想象:我們?nèi)缃竦挠钪妫Q生至今也不過138億年,和質(zhì)子的壽命相比,不過是彈指一揮間。
這意味著,即使是宇宙中最堅(jiān)硬、最穩(wěn)定的鉆石,在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里,也會(huì)像冰塊一樣慢慢“融化”,最終衰變成最基本的輻射粒子。足夠長(zhǎng)的時(shí)間過后,宇宙中所有的物質(zhì),都會(huì)在質(zhì)子衰變的過程中,逐漸化為光子和輕子,曾經(jīng)輝煌的星系、美麗的行星、鮮活的生命,全部都會(huì)消失,化作一片均勻散布在宇宙中的“粒子霧”。
到那時(shí),宇宙中只剩下最后的“守夜人”——黑洞。
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曾經(jīng),人們以為黑洞是熵的終結(jié)者,它擁有著宇宙中最強(qiáng)的引力,能吞噬一切靠近它的物質(zhì)和能量,就連光也無(wú)法逃脫它的掌控,仿佛只要被黑洞吞噬,一切的熵增都會(huì)停止。
直到上世紀(jì)70年代,物理學(xué)家貝肯斯坦和霍金,通過深入的研究,打破了人們的這個(gè)認(rèn)知。他們證實(shí),黑洞也有溫度,也會(huì)發(fā)生“蒸發(fā)”。
根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理,在黑洞的事件視界邊緣,會(huì)不斷產(chǎn)生成對(duì)的虛粒子,其中一個(gè)粒子會(huì)被黑洞吞噬,而另一個(gè)粒子則會(huì)逃逸到宇宙中,成為可被探測(cè)的輻射,這就是著名的“霍金輻射”。
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黑洞的蒸發(fā)過程,慢到讓人絕望,它的蒸發(fā)時(shí)間,需要以“古戈?duì)柲辍睘閱挝粊?lái)計(jì)算——1古戈?duì)枺褪?0的100次方,這個(gè)數(shù)字,比宇宙中所有原子的數(shù)量還要多。但即使再慢,黑洞最終也會(huì)在漫長(zhǎng)的蒸發(fā)中消失殆盡,化作宇宙中的一縷輻射。
當(dāng)最后一個(gè)黑洞也徹底消失的那一刻,宇宙便達(dá)到了真正的熱寂。
這是熵增定律的終極結(jié)局:宇宙中所有的地方,溫度都達(dá)到了均勻的狀態(tài),再也沒有熱量的流動(dòng),再也沒有能量的交換,再也沒有任何事件發(fā)生。
時(shí)間,也失去了它的度量刻度,因?yàn)闆]有任何具體的事件,可以作為標(biāo)記時(shí)間流逝的依據(jù),“一秒鐘”和“一億年”,在這樣的宇宙中,不再有任何區(qū)別。宇宙會(huì)徹底忘記它曾經(jīng)燃燒過,忘記它曾經(jīng)孕育過無(wú)數(shù)的恒星和行星,忘記它曾經(jīng)誕生過生命,忘記人類曾在這顆藍(lán)色的星球上,思考過宇宙的終極命運(yùn),忘記一切的一切。
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聽到這里,很多人都會(huì)感到窒息和迷茫:如果宇宙的終極結(jié)局是一片虛無(wú)的熱寂,那么我們現(xiàn)在所做的一切,又有什么意義?我們努力生活,追求夢(mèng)想,珍惜親情、愛情、友情,創(chuàng)造璀璨的文明,可這一切,最終都會(huì)在熵增的法則下化為烏有,這樣的努力,是否從一開始就毫無(wú)價(jià)值?
就在這份無(wú)盡的迷茫中,法國(guó)數(shù)學(xué)家龐加萊,為人類留下了一扇通往希望的后門——龐加萊回歸。
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龐加萊在研究動(dòng)力系統(tǒng)的過程中提出:在一個(gè)封閉有限的系統(tǒng)內(nèi),只要時(shí)間足夠長(zhǎng),所有的粒子,終將在隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)中回到它最初的位置,系統(tǒng)也會(huì)因此回到最初的狀態(tài)。
我們可以把宇宙想象成一個(gè)巨大的盒子,盒子里的原子數(shù)量雖然龐大到無(wú)法計(jì)數(shù),但終究是有限的,它們的排列組合方式,也因此是有限的。只要給足無(wú)限的時(shí)間,這些原子的隨機(jī)組合,總有一天會(huì)重新組合成現(xiàn)在的樣子,宇宙會(huì)回到它此刻的狀態(tài),一切都會(huì)重演。
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這意味著,在極其遙遠(yuǎn)的未來(lái),此時(shí)此刻的一切,都可能會(huì)再次出現(xiàn):你此刻的迷茫,你愛過的那個(gè)人,你犯過的那些錯(cuò),你感受到的那些溫暖和快樂,都會(huì)在宇宙中重新上演;而在遙遠(yuǎn)的過去,這一切或許已經(jīng)發(fā)生過無(wú)數(shù)次。
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宇宙的命運(yùn),或許并不是一條從有序走向無(wú)序、最終通往死亡的直線,而是一個(gè)巨大的、永恒的輪回。熱寂或許不是終點(diǎn),只是宇宙輪回中的一個(gè)階段,在無(wú)盡的時(shí)間里,宇宙會(huì)在熱寂后,再次從混沌中誕生出有序,再次形成恒星和行星,再次孕育出生命,再次上演無(wú)數(shù)的故事。
龐加萊回歸,為人類對(duì)抗熵增的宿命,帶來(lái)了一絲溫柔的慰藉。
它讓我們明白,即使宇宙的終極法則是熵增,即使一切終將走向混沌,我們的存在,我們的經(jīng)歷,也并非毫無(wú)意義。
生命本身,就是宇宙對(duì)抗熵增的最美奇跡,我們活在當(dāng)下的每一刻,都是在向宇宙的底層法則發(fā)起挑戰(zhàn)。我們掃去的每一粒灰塵,修補(bǔ)的每一處裂痕,吃下的每一口飯,付出的每一份愛,創(chuàng)造的每一點(diǎn)美好,都是在無(wú)序的宇宙中,刻下的有序痕跡。
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這些痕跡,或許會(huì)在時(shí)間的長(zhǎng)河中消失,或許會(huì)在宇宙的輪回中重演,但它們真實(shí)地存在過,真實(shí)地構(gòu)成了我們的生命,構(gòu)成了人類文明的脈絡(luò)。
這就是生命的意義,也是人類存在的價(jià)值:明知終將走向混沌,卻依然選擇逆流而上,在熵增的宇宙中,努力活成一束光,用自己的方式,守護(hù)著屬于自己的那份有序。
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