跳出色相圈子 抵消内部的熵增大 阻止能量的蜕化

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熵 与 悲 剧

物理学在其漫长的发展历程中，塑造了许多重要的基本概念：力，能量，质量，熵，量子，混沌，等等。这些概念不仅对物理学，对整个思想界都作出了不朽的贡献，而且由于长期的人文积淀，他们本身也被深深地打上了各式情感的烙印。如果说“力”：使人联想起力量和坚强；“能量”：给人以满足感和稳定感；“量子”：富于节奏感；“混沌”：奉献朦胧感的话，那么“熵”就难免使人伤感和惆怅。

克劳修斯造“（ENTROPY）”这个字，是在希腊字“变换（TROPE）”上加了前缀EN，为的是与能量（ENERGY）相对应：“熵”（这个汉字是1923年吴刚复教授译造的）表述能量的可转换能力（活力）丧失的程度，或曰能量僵化（蜕化）的程度（尽管能量值不变）。例如一家庭用20元公平地购得一袋大米，这家的价值总量（能量）不变，但一袋大米在市场上再交换的能力（活力）当然就大大低于20元人民币。这种消费使该家熵（经济）增大。略有遗憾的是，按当初的设计，活力愈丧失，能量愈僵化，熵值愈大； 1906年，熵的统计学定义的发明人玻尔兹曼神秘的自我了断，其著名的公式 又 被刻在他的墓碑上；由熵增大原理推断出的“热寂”说则预测：“宇宙的势将枯竭，不可避免地达到最终的平衡态——静止和死亡。”所有这些，从一开始也许就隐预着“熵”与悲剧有着某种不解之缘。

说起悲剧，大家都熟识莎士比亚笔下的人物：哈姆雷特，李尔，麦克白，奥赛罗，罗密欧与朱利叶……一个个栩栩如生，催人泪下。但很少想到他们的命运的“熵”变过程。

我们知道：事物（闭合体系）变化的过程大都是不可逆的。某初态可变到终态，而终态却不能自发地（不影响周围环境）变回初态，尽管能量始终是守恒的。例如：封闭容器中气体分子可自由膨胀充满整个容器，但却不能自发地回缩到原来的某个局部；瓷瓶落地成碎片，而碎瓶却不能自发回复成整瓶；生米煮成熟饭，熟饭却不能凉干成生米；热量可自动从高温物传给与之相连的低温物，但却不能自动地逆向传递。等等。这就是说这些初态与末态之间有着某种本性上的差别。物理学家用“熵”（S）这个物理概念来描述这种差别，进而用”熵变“（ΔS）这个物理量来计量这种差别。认为初态（宏观）所含的微观态数较少（即熵值小，较有序），而末态（宏观）则相反。在一闭合体系中，自然演变总是指向微观态数多的（熵值大，较无序）方向发展，而不是相反。这就是熵增大原理：ΔS ≥0 。增大的最终结果只能是大家都处在同等状态——平衡态，碎瓶将越来越碎；温差将越来越小，真所谓：“条条大道通罗马”。

现在，我们不妨再来拜读莎翁的一悲剧《李尔王》：起初，李尔王统治着整个不列颠（集中，有序）。随着他的衰老，将王国分成两份交给其大女儿和二女儿。加上不肖虚伪奉承的小女儿与法兰西王子结合，以及李尔保留的卫队和亲信，故事体系演变成至少四个“微观态”。接着，由于大女儿和二女儿的不孝和贪婪，各方矛盾加剧，互相碰撞又互相渗透，引出更为混乱的场面（无序）：在原有各方的基础上又增加了为法军作内应的葛罗斯特伯爵和他的大儿子为一方，他的庶子爱德蒙与李尔大女儿私通为一方，同时又与二女儿勾搭成另一方，加上仍有正义感又不满其妻的大女婿再为一方，——这样，主要人物几乎各为一方，形成许多个微观态。这是故事按熵增大原理的自然发展，也是悲剧结局的先兆。紧接着的就只能是混战，厮杀，一个接一个地倒在血泊中。。。。。。，待到硝烟散尽，尘埃落定，所有主角都处于同等状态（平衡态）——死亡！

有什么能减缓或阻止熵增大呢？物理学告诉我们：信息——及时掌握，正确理解信息——可以作为负熵（-ΔS/）。麦克斯威的小精灵如果掌握了各气体分子的动能信号，让大动能分子去一边，而小的则留另一边。这样就保持（增大）了两边的温差，也就阻止了熵增大。由此人们得出了全熵公式：ΔS-ΔS/≥ 0。其实，在麦氏前二百多年，莎蓊的几大悲剧早就给出过类似的警示：如果奥赛罗能及时得到台丝特莫娜忠贞不二的正确信息。。。。。。；如果罗米欧能及时知道朱利叶是装死的信息。。。。。。；如果麦克白不是出于贪婪邪恶的本性，而是象其友班柯那样，正确领会三女巫的预言（信息），那就没有弑君篡位天下大乱的悲剧结果。16世纪舞台上的伟大悲剧和19世纪的伟大思想实验在这儿异曲同工不谋而合！

看来，熵无论其正负，都还是脱离不了悲剧的阴影。“有序——无序——混乱——平衡——死亡。”19世纪英国诗人史文明曾这样描述宇宙的平蘅态：“不论星星还是太阳将不再生起，到处是一片黑暗，没有溪流的潺潺声，没有声音，没有景色，没有冬的落叶；没有春的嫩芽。在永恒的黑夜里，只有梦幻---没有尽头。”

大千世界的趋势就注定如此灰暗，没有一缕阳光了吗？就只能如此悲凉，就没有一派豪情了吗？

20世纪初，物理学又告诉我们，宇宙中除了上述的闭合体系外还有一种开放体系（耗散结构）——生物体就是其中典型。这类结构远离平衡态。除了体系内熵仍然增大（ ds≥0 ）外，还能与外界交换“熵流”（dsL）。如果吸入负的熵流而且其绝对值大于ds, 则ds--dsL ≤ 0.即一个开放体系有可能熵值变小，向着越来越有序的方向发展，条件是该体系有能力从外界获取足够大的，促进内部有序化的推动源，来抵消内部的熵增大，阻止能量的蜕化。所谓力挽狂澜大概就是此意。这不由得让人想起唐代大诗人李白的名句：“天生我材必有用，千金散尽还复来”。

我们不妨就来重读这首惊天地，泣鬼神的千古绝唱《将进酒》：

君不见黄河之水天上来，奔流到海不复返。（大自然的势差衰竭，熵增大。）

君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。（生命衰老，熵增大）

人生得意须尽欢，莫使金尊空对月。（不必刻意去抑止熵增大，而应及时，尽情地顺应他，享受他）

天生我材必有用，千金散尽还复来。（开放的我有能力获取负熵流，让散尽的千金[无序]再还复来[变有序]。）

烹羊宰牛且为乐，会须一饮三百杯。岑夫子，丹丘生，将进酒，杯莫停。

与君歌一曲，请君为我倾耳听。钟鼓馔玉不足贵，但愿长醉不愿醒。

古来圣贤（刻苦阻挠熵增大者）皆寂寞，惟有饮者（伴随熵增大者）留其名。

陈王昔时宴平乐，斗酒十千恣欢謔。主人何为言少钱？径须沽取对君酌。

五花马，千金裘，呼儿将出换美酒，（经济上的熵增大：酒换不回同样的马和裘）与尔同消万古愁。（消除悲伤，远离平衡态）

这是篇挑战熵增大规律的宣言书！诗人用他的全部生命在抗争，在呐喊：“熵，你尽管增大吧，天生我材，既然敢“散尽”，就能再“复来”。 离远点！——悲剧。”



发表于《物理与工程》 2002