格致夫：名家眼中的热力学定律与世界末日  

现代著名哲学家、数学家、逻辑学家、社会活动家、诺贝尔奖获得者伯特兰·罗素说过：有史以来，科学所做的最可怕、最阴郁的预言，就是热力学第二定律所预言的宇宙末日。根据该定律的熵增原理，宇宙在不可违抗地走向热平衡，走向无序，走向寂灭。人类伟大成就的整座辉煌殿堂将不可避免地被埋葬在宇宙的碎片之下！人类本身注定要在大寂灭中归于灭亡！这个理论是如此之无可争辩，以至于没有哪一种反对它的哲学可望站得住脚。

罗素的这个表述也就是所谓的“热寂说”——代表那些教条地依据热力学第二定律描绘宇宙未来的最悲观看法！而这个“可怕”的定律实际上就来自于最普通的物理现象：任何比环境温度高的物体，都会自发地向环境散发热量，直至温度达到平衡为止。如果没有引入外界能量做功，绝不会出现热量重新富集至高温物体的反向过程。于是得出推论：所有恒星终将熄灭，宇宙中不再有能量流动，因而不可避免地走向无序，走向热寂。熵增的这个威力简直太雄辩、太明晰了！似乎任谁也无法用逻辑来推翻它的可怕预言！

这个该死的热力学第二定律难免给不明就里的人们一种不祥之感。而其不素之处在于，几乎所有物理学定律都能在时间轴上反演，就它特立独行！物理学家艾米·诺特尔曾指出，能量之所以守恒，其实质原因就是因为物理定律关于时间对称。但熵增不可逆定律在时间对称性上撕了一个很大的缺口。尤其令人不安的是，把熵增定律应用于我们这个宇宙，就必然得出一个结论：它是从一个很特殊的、高度负熵的状态下开始的。这个特殊的负熵状态从哪儿来？似乎只有一个说得通的来源：上帝！

科学家们当然不情愿让上帝大人“复辟”。他们坚定地信仰真理的普适性。但问题的另一视角是，如果不得不承认我们的宇宙来源于一个非常特殊、非常偶然的状态（如大爆炸），那又与相信上帝有什么本质不同呢？

首先，科学界最伟大的牛顿就是这么做的！作为一位一直信奉上帝的教徒（并非晚年才如此），牛顿把宇宙的运行归结为上帝的“第一推动力”。他曾表示：“引力解释了行星的运动，但却不能解释谁让行星运动起来的。上帝统治万物，知晓所有做过和能做的事。”他还坚持认为，必须有神的不断干预来改良宇宙这个系统！

其次，同样伟大的爱因斯坦也只差一点走到这一步！爱因斯坦在其晚年曾耗尽心血试图解决统一场论问题，但直至逝世也不能成功。而这个课题缘起于法国著名科学家拉普拉斯，他曾幻想：“如果有一种智慧能了解在一定时刻支配自然界的所有的力，了解组成它的实体各自的位置，如果它还伟大到足以分析所有这些事物，它就能用一个单独的公式概括出宇宙万物的运动，从最大的天体到最小的原子，都毫无例外，而且对于未来，就象对于过去那样，能一目了然。”这个就是统一方程的猜想。爱因斯坦认为，从宇宙世界的存在，可以感觉到神的伟大工作，但神并不会干预人们的日常生活，神是非人格化的神。（关于宇宙起源与形态，近年来相继提出了著名的弦理论、膜理论，似有突破。）

关于热力学，爱因斯坦也有自己的见解：一个理论，如果它的前提越简单，而且能说明各种类型的问题越多，应用的范围越广，那么，它给人们的印象就越深刻。因此，经典热力学给我留下了深刻的印象。经典热力学是具有普遍内容的唯一物理理论。我深信，在其基本概念适用的范围内，是绝不会被推翻的。

上世纪50年代，英国物理学家和作家查尔斯·斯诺出版了一本名作《两种文化》，其著名论点是：“整个西方社会知识分子的生活”被名义上分成两种文化，即科学和人文，对解决世界上的问题是一个重大障碍。该名著有中文译本，其中有一段被广为引用： “我曾多次参加一些聚会，根据传统文化的标准，与会者被认为都受过良好的教育，并且他们一直兴致勃勃地表达这样的看法：对科学家没有文化修养的现象表示难以置信。有那么一两次，我被激怒了，问与会者，他们当中有多少人能够描述热力学第二定律？他们的反应很冷淡，回答也是否定的。然而，我所问的问题，在科学领域其程度相当于问：你们读过一本莎士比亚著作吗？”

无疑，热力学第二定律是一个重要科学定律。这位科学家兼作家把它在科学上的普遍性与莎士比亚在文学界的大名相提并论。无独有偶，美国物理学家、“黑洞”命名者约翰·惠勒上世纪就表示，到了21世纪，谁要是不知道热力学第二定律，就算不上有文化！这位物理学家还有一个更幽默的调侃：“哲学有可能太重要了，不能留给哲学家！”这似乎也是两种文化互不待见的反映。据称，还有一位物理学家给出这样接地气的说法：“根据热力学第二定律，你不可能不输不赢；根据热力学第一定律，你不可能赢。”

最有趣的故事发生在一热力学教授与爱好者之间的一场争论。一读者提出奇妙问题：一个鸡蛋，受精前和受精后，哪个熵大？教授答：不是一个体系的问题，熵增原理不适用。某作者不满教授“避实就虚”，撰文提出异议：精子进入卵子，必然熵减。其微观可到达态的数目一定大大减少。不然，不能解释此后生命的产生。教授再回应道：鸡蛋并不是卵子，一个已经生下来的未受精鸡蛋根本不可能再变成受精的鸡蛋。你的回复是完全错误的。请问有谁看见过：一只公鸡抱着一个未受精的鸡蛋在给它授精呢？

根据科学共识，自然界有三个基本的普适定律，即质量守恒定律、能量守恒定律和电荷守恒定律。而对于热力学孤立体系而言，热力学第二定律是基本定律之一，它阐明热力学过程的不可逆性——孤立系统自发地朝着热力学平衡方向演化，也就是熵增原理。在一个封闭的系统里，熵总是自发增大，一直大到不能再大。这时，系统达到一种完全均匀的热平衡状态，不再发生变化，除非外界对系统做功或提供新的能量。

至于熵增导致热寂的悲观说法。首先，地球本身就不是一个孤立系统，而是从太阳接受热能的开放系统。而地球上的生物更是一个开放系统，通过从环境摄取低熵物质向环境释放高熵物质来维持自身处于低熵有序态。地球的负熵流还来自植物吸收阳光产生低熵物质。这是基于热二律的“热寂说”不成立的最简明解释。

而在笔者看来，还有一个更重要的理据在于，具有能动性的人类可以通过多种途径获得能量，来保障地球及其文明成果维持在低熵有序状态。特别是核能的成功，与一般的燃烧可燃物获得热能不同，巨大核能的释放是利用物质内能的巨大飞跃！人类的另一个目标是寻找通过非放射性元素（如氦-3、氚、氘）获得内能的途径。另一个更宏伟的前景是，根据爱因斯坦把物质与能量统一起来的著名质能方程：E = mC^2，假如能找到把物质完全转变为能量的途径，将成为取之不尽用之不竭的终极能源！

诚然，即使人类能够找到终极能源，也不能阻止太阳有一天会最终耗尽所有能量，带来太阳系毁灭的结局！更广泛地看，整个宇宙的未来也是没有保障的。从这个意义上讲，“热寂说”又有无法驳倒的一面。但问题的关键在于：人类在46亿岁的地球上出现不过区区200万年左右，在人类可以想象的足够长时间的未来，还是不存在“热寂说”结局之虞的。所以，忘记杞人忧天的“热寂说”，才是人类唯一理性的选择。