混乱与寂静的法则——熵（宇宙系列第二期）
前言：假如有一天人类走向灭亡之日，我们想留点什么来纪念这个辉煌的文明，那么只有以下三条公式可能会载入史册，1+1=2（数学开创）、E＝MC²（爱因斯坦的质能公式）和S=-∑ P ln P(熵的定义)。而在薛定谔的名著什么是生命一书里，他写下过这样一句话:人活着就是在对抗熵增定律，生命以负熵为生。而熵增定律，对全人类来说，在自然界毫无疑问是至高无上的存在，你的理论可以和其他的物理学定律相互冲突，但违背了熵增定律，它一定就是一个错误的理论。那么，什么是熵，又为什么说它是物理学最令人绝望的理论？本期就让我们了解一下熵的理论，看一看熵究竟为何物，并且进而引升与思考关于哲学的思考。
1:什么是熵和熵增
如果提到熵，又或许没多少人了解这个理论，或者是在教科书略有耳闻，但如果提到一个大名鼎鼎的定律:能量守恒定律，相信很多人对这个理论绝对不陌生。所谓熵，它的定义是：熵是一个系统中无秩序的程度，也表征生命活动过程质量的一种度量。其物理意义是：表征系统内混乱（或无序）程度，物质熔化时所需要的热量除以熔点温度就是它的熵增加量。而熵增定律，通俗的说就是在一个孤立的系统里，如果没有外力的干扰，那么热量从高温物体流向低温物体是不可逆的，孤立系统总是趋向于熵增，最终达到熵的最大状态，也就是系统的最混乱无序状态。但是，对开放系统而言，由于它可以将内部能量交换产生的熵增通过向环境释放热量的方式转移，所以开放系统有可能趋向熵减而达到有序状态。
回头过来，你是否想过这样的一个问题，你的手机电脑总是会变得越来越卡，你的座椅总是会老化坏掉，你的衣服总有天会腐烂，这些在生活里看上去非常正常的现象，实际上却都是熵增定律的体现。
在非生命体里，物质的熵总是朝着熵增的方向发展着，而熵增的本质，实际上就是在一个有序的孤立系统里，随着时间的流逝，这个孤立系统里的熵慢慢的从有序向无序发展。在关于宇宙的结局无数种假说里，有一个理论模型叫热寂，热寂是什么？根据热力学第二定律的观点，温度高的物体总是会把热量传送给比自己温度低的物体，而根据热力学第二定律，而作为一个"孤立"的系统，宇宙的熵会随着时间的流逝而增加，由有序向无序，当宇宙的熵达到最大值时，宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡。这种状态称为热寂。这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在，宇宙终将走向灭亡，这便是热寂。
这个理论，实际上就是在昭告我们，宇宙的最终结局是混乱不堪且疯狂的，它将在混乱和无序里走向灭亡，生命必将消失，永恒只是美好的童话。而它不可能被违反，麦克斯韦曾经做过这样的一个理论模型，他设想在一个密闭的且均温的小箱子里，均温的在微观层面的解释即气体分子的运动速率越高，那么它们在宏观层面气体的温度就会越高，反之气体分子运动速度低，则宏观层面气体温度就低，麦克斯韦提出：假设将一容器内处于平衡态的气体用一壁隔开 ,壁上开一扇无磨擦可自由开合的小门。此门由一小精灵把守 ,让气体中高速运动的分子从左进入右侧 ,而让气体中低速运动的分子从右进入左侧 ,这样就可以从平衡状态达到非平衡态 ,从而自发地实现熵减。结果自然是违背了热力学第二定律。但问题是，热力学第二定律在理论上可以被违背，但在现实里几乎不可能。在只有一两个气体原子存在的理论模型里，气体分子的撞击确实可能会让静止的单摆重新运动。因为热二毕竟是一条统计规律，它在理论上是可以违背，但在现实中它确是绝对的权威，而这个前提就是热二必须在一个只有极少分子的模型或者是理想化世界里它才可能失效。
而熵减，实际上是一种主观的作为，熵减的条件只有一个，就是只能存在于一个开放的环境里，在密闭环境下，它已经违背了热力学第二定律的法则。熵减就可以类似于通过外力改革中兴的国家或者个人，在薛定谔的《生命是什么》里，他写到：自然万物都趋向从有序到无序，即熵值增加。而生命需要通过不断抵消其生活中产生的正熵，使自己维持在一个稳定而低的熵水平上。这也就是为什么薛定谔一直认为人活着就是对抗熵增，让自己活在负熵之下，更通俗的话就是，人活着，就是为了对抗死亡。
而在初步对熵有一定的了解以后，我们必须来思考一个问题——决定论与自由意志之间的关系。
2:决定论和自由意志
在最近热播的电影信条里，一个问题一直困扰着广大影迷朋友们，即什么是物理学层面的自由？
在爱因斯坦写给泰戈尔的信里，有这样一句话:如果月亮在其环绕地球运行的永恒运动中被赋予自我意识，它就会完全确信，它是按照自己的决定在其轨道上一直运行下去。
这句话实际上透露出的是一个重要的问题:到底是物理运动规律控制了人的自由意志，还是人的自由意志支配着人的物理运动？
决定论，这个困扰了几代物理学人问题，让很多人不禁感到恐惧与绝望，如果一切已经被物理规律所支配，人的努力与奋斗究竟还有什么意义？失去了这些意义，那人类存在的目的又是为了什么？如果熵的世界最终走向毁灭，那么一切将最终走向虚无主义的哲学里，既然会归于虚无，我们充满希望的活着有什么意义？
在物理学上，决定论有一套完整的理论和一大批拥护它的支持者，甚至包括了爱因斯坦这样的科学巨匠们。爱因斯坦曾经不止一次的在书信文稿里都表露了自己是决定论的支持者，除此以外，法国的数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯也提出过一个名为拉普拉斯妖的学术理论，原话是:我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置，假如他也能够对这些数据进行分析，那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的，而未来只会像过去般出现在他面前。
在信条里，当角色看到在未来的时光里，开枪是必然的、击中靶心也是必然的时候，他问了句:那自由的意志究竟算什么？
的确，坚持决定论的人认为，人无非是原子组成的。原子的运动遵循着量子力学，薛定谔方程，那么我可以通过计算来确定未来。换句话话，你大学没脱单，实际上不是你不行，而是你的这团原子在冥冥之中决定了你不能脱单。混沌，实际上只是难算而已，如果你有强大的算力，你就能在数学层面透析你的女神未来的举动和行为。即便是量子力学里著名的海森堡测不准原理，实际上也遵循了薛定谔方程组的原理，换句话说，这个世界所有的一切都能通过计算被确定，无论过去，现在，还是未来。而在这之下，自由的意志便成为了一个迷，到底是人类的自由意志在支配着自己的行为？还是物理规律和数字支配着自己的行为？
如果要严谨的讨论这个问题，就必须来了解一个问题:哲学上的决定论和自由意志之间到底是怎么一回事？
回顾整个西方哲学史，在康德之前，西方哲学主要有以下两种关于决定论和自由意志之间的见解，即一种是用决定论去解释宇宙间的所有现象，他们认为的决定论解释为必然性。其中，古希腊哲学家德谟特利克就是一个决定论者，他有过一句名言：即便是找到一个解释的理由，也比成为波斯的王要好。他把因果论视为没有例外的必然，决定论的簇拥者们把决定论认为是有因必有果。而与之对立的非决定论者们，则强调了在现实中必然存在的偶然性。伊壁鸠鲁便是古希腊最坚定的非决定论者，第欧根尼·拉尔修在评论伊壁鸠鲁的哲学思想时这样写到：“至于被某些人作为最高主宰而引进来的那种必然性，他宣称它并不存在。但在他看来，一些事物取决于偶然，另一些事物取决于我们自己。由于必然性是无责任的，而偶然性看来是不固定的，但我们的意志是自由的，所以随之而来的是责备及其对立物。”在此，伊璧鸠鲁向以德谟克利特为代表的强决定论提出了有力的挑战，他强调那种在德谟克利特那里作为“最高主宰”或“命运”的必然性根本不存在。事实上，如果宇宙中的一切都是必然的，那么人们就无需为自己的行为承担道德责任了。按照他的看法，宇宙中发生的一部分现象是由自然的偶然性引起的，另一部分现象则是由我们的自由意志引起的。即偶然性与必然性毫无疑问是可以共存的，他反对决定论中将偶然性排除在外，马克思写到：“从历史上看有一个事实是确定无疑的: 德谟克利特注重必然性，伊璧鸠鲁注重偶然性，并且每个人都以激烈的论战方式驳斥相反的观点。”
从上面的论述可以清楚地看出，伊璧鸠鲁是通过自由意志、偶然性和原子偏斜运动来对抗德谟克利特的强决定论的，但对抗的结果是，伊璧鸠鲁滑向另一个极端———非决定论，即试图用偶然性来取代必然性、用自由意志的任意性来取代事物运动的必然性或客观规律。
而在罗马时期，哲学之父奥古都斯就曾经对自由意志做了系统性的论述，奥古斯丁在这里主要探讨了自由意志与善行恶行之间的关系，并为上帝赐予人类自由意志的正当性进行了辩护，但他的见解实际上涉及偶然性与自由意志的关系。因为上帝把自由意志赐予人类之后，人并不必然地去行善，他也可能去作恶。也就是说，人身上的自由意志在其活动中具有任意性、不确定性或偶然性。它既可以这样行动，也可以那样行动，既可以以这样的方式也可以通过那样的方式。通过以上我们得出结论：奥古斯丁也在极力维护自由意志的存在空间。
在康德之前，我们发现，西方哲学里的决定论和非决定论实际上是两种相互间对立的观点，但在康德的《纯粹理性批判》一书里他以第三个二律背反的形式概括了上述两种观点之间的对立
正题: 按照自然律的因果性并不是世界的全部现象都可以由之导出的惟一因果性。
反题: 没有什么自由，相反，世界上一切东西都只是按照自然规律发生的。
而康德的贡献就在于他在前人研究的基础上开拓性地自己提出自然律的因果性和另一种由自由而来的因果性，为决定论和自由意志之间的共存找到了第三种见解与诠释空间。
康德以后，在当代哲学和科学的语境中，关于决定论与自由意志关系的争论非但没有衰弱下去，反而愈演愈烈。在科学界，诸如爱因斯坦等都是决定论的支持着，而大多数科学家认为在科学界过分强调了偶然性而忽视必然性的做法是不可能的。因为任何科学所要发现的规律性的东西正是现象世界中具有稳定性的本质联系，而这种本质联系正是奠基于因果性的普遍有效性之上的。坚持第二种见解的科学家大多数量子力学领域的宗师，诸如玻尔、海森堡等人，特别是海森堡提出著名的量子力学测不准原理以后，原有的因果论、必然性和规律性均被淡化，统计学和概率论被引入物理中。卡尔·波图在随后出版的一篇论文《非决定论与人类自由》中开始表露出了一种带入统计学，概率论与偶然性的新思维，而这已经无形中开始证明了一个事实，即重视偶然性、随机性、统计学和概率的新思维方式已经蔓延开来了。波普发表这篇论文时，形势已经发生了急剧的变化，正如波普所描述的: “非决定论，直到 1927 年被等同于蒙昧主义，今天却变成占据统治地位的时髦，而且一些伟大的科学家，例如麦克斯·普朗克( Max Plancck，1858—1947) 、欧文·薜定谔( E． Schroedinger，1887—1961) 、阿尔伯特·爱因斯坦，虽然都曾经处在发展量子理论的前线，但因抛弃决定论犹豫不决，而被认为是老顽固。”而普利高津认为，以牛顿、拉普拉斯和爱因斯坦为代表的传统决定论已经失去了存在的价值，他写到：因为我们对宇宙了解的越多，对决定论的信仰与支持也就会慢慢减弱。在一个混沌的，时间作为矢量的宇宙里，我们必须来以一种全新的方式认识这个宇宙。
实际上，关于决定论与自由意志，我个人更偏向于相容主义与自由意志大于决定论的观点，这里“大于”的意思是: 自由意志所涵盖的问题域超出了决定论所在涵盖的问题域。迄今为止，决定论与自由意志的关系之所以一直处于争论不休的状态中，自从量子力学被引入以后，人类对宇宙的认识不断深刻，以著名的量子力学测不准原理为例，当一个原子周围的电子的位置和动量是有限制。这个不确定性来自两个因素，首先测量某东西的行为将会不可避免地扰乱那个事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，但基于概率，精确确定一个粒子状态存在更深刻更根本的限制。而在这个原理里，我们可以看见，自由意志和决定论之间是互相包容的关系，在非生命体里，由于不确定性的干扰，物体的规律出现了不确定性，但它同时又被物理定律束缚着，偶然性与必然性共存的同时，必然性的存在在非生命体上起到的作用毫无疑问是大于偶然性人。但在社会科学领域，决定论不能代替人类的自由意志，这种决定论指的是类似于印度种姓制这种将社会通过理论分割成三六九等且严重切断社会阶层垂直流通性的理论。时间之矢可以倒流，但自由意志不接受时间之矢的支配，在美国哲学家约翰·赛尔的《心灵导论》( 2004) 一书中指出: “我相信今天的大多数哲学家都接受了某种版本的如下观点，即我们能够发现关于自由意志的论题的确是相容于决定论的论题的，其前提是我们得正确地理解这些相关概念。决定论与自由意志其实都是正确的。”这种观点被称为‘相容主义’。根据相容主义的观点，说一个行动是自由的，并不就等于说它不具有在因果性方面导致它发生的先在充分条件。确切地说，这只是等于说该行动具有特定种类的特殊性原因而已。但此论的要点则在于，这些行动是被我自己内部的信念确证、理性运作，与反思活动所决定的。所以说，自由行动并非没有被决定的行动，它们就像在世界中发生的任何其他事件一样都是被决定的。”
3：过去，现在与未来
在了解并探究完自由的意志与决定论之间的争论以后，先让我们把视野放到宇宙，来探寻一种宇宙可能存在的结局。
最早提出热寂说的是开耳芬 ( Kelvin)。 1862年他在《关于太阳热的可能寿命的物理考察》一文中提出了宇宙热寂说的观点 ,认为热力学第二定律包含着一种趋势 ,即能量不断地以热的形式耗散 ,最终将出现宇宙静止和死亡的状态。更详细的说，根据热力学第二定律，由于某种不可逆作用原理, 这个原理表明虽然机械能不可灭, 却会有一种普遍的耗散现象, 这种耗散在物质的宇宙中会造成热量逐渐增加和扩散以及热的枯竭, 如果宇宙有限并服从现有的规律, 那么将不可避免地出现宇宙静止和死亡状态。热力学第二定律意味着整个宇宙最终将处于温度均匀的状态, 并且“自此以后, 宇宙将陷入永恒的静止状态”, 即热寂状态。
而热寂学自从诞生日就一直备受非议，其中遭遇的最大挑战实际上是英国科学家麦克斯韦提出的麦克斯韦妖理论，但麦克斯韦妖理论已经被法国科学家布里渊 ( Brillouin)从信息论出发否定了麦克斯韦妖的存在。 他认为麦克斯韦妖要在封闭的黑箱中识别高速分子与低速分子 ,就要先照亮气体分子获得信息 ,这就要消耗有效能量增加环境的熵。 若将光源、小妖和系统看作大系统 ,则熵增原理仍然成立。
实际上，根据克劳修斯的宇宙论 ,宇宙的能量是有限的 ,那么由质能关系式可知 ,宇宙的质量也是有限的。即宇宙可以构成一个孤立系统 ,而孤立系统的熵永不减少 ,这正是熵增加原理的结果。足见热寂说所依赖的科学基础相当牢固。
热寂说，实际上就是熵增定律的运用。在现实之中，熵增实际上就是走向死亡的定律，薛定谔在《生命是什么》一书中反复强调：维持现有状态就要摄入“负熵”，以抗拒熵增，延续生命。
但事实是，无论如何，人类都不可能将生理衰老这一生理机制做到可逆。所谓熵增的意义在于，当生命的逝去变得不可抗拒之际，人类究竟应该选择什么？而当事物的正熵不断的趋势变得不可抗拒的时候，我们到底应该选择什么来对抗正熵。答案只有一个：摄入“负熵”。
如果将这个理念引入我们的现实生活里，我们就会思考这样的一个问题：即正熵、负熵和熵增熵减对于这个社会和当下的现实意义究竟是什么？
在薛定谔的笔下，生命是以负熵为生，物理学家和化学课的研究对象是无生命的物质，是有序来源于无序，单个是无序的，而统计学上大量的原子和分子的运动却是有序的。有生命的个体是有序源于有序，不断摄入有序的负熵才能抵消熵增，从而维持正常的生命活力。对生命来说，因为熵增的存在，衰老与死亡都是必然的，不可抗拒的，一切都将归于死寂，任何永生的故事都只是童话罢了。生命以负熵为生，自然就要去延缓正熵的积累，熵增不可抗拒，但人类可以延缓。所谓的人类、宇宙在自然法则面前都是如此的弱小，我们只不过是一粒可以忽视的尘埃，而宇宙却也仅仅只是一粒更大的尘埃，一切终将逝去，一切终将重启。对于人类来说，我们不可能如同能量达到永恒的地步，也不可能成为永恒。但对于死亡和毁灭，我们必须学会任何去正视它，去延缓它。我们可以引入负熵来维持生命体系的运作，同理，也可引入负熵来维持我们的个人，家庭乃至整个社会的运作。创新毫无疑问是这个时代最具有标志的事物，它的存在本身就是我们在一个开放的系统里引入负熵来维持系统运作延缓熵增的过程。变，才是在一个孤立系统里发挥主观能动性，去主动延缓熵增的办法。对历史来说，延缓王朝灭亡的举动往往就是中期改革（引入负熵）从而达到缓解灭亡（熵增）的目的，对社会来说，一个社会如果缺乏对创新的积累（缺乏负熵），那么毫无疑问这个社会的弊病就会不断积累（正熵积累），以至于社会走向停滞与衰退并最终灭亡。
对人类而言，我们身处的一切终将灭亡。但如果我们就此陷入虚无的境地反而是一件非常愚昧的事情，对大多数人而言，宇宙的结局到底是什么实际上并不重要，这个世界最终是否存在意义也不重要，重要的是在当下。对于自由意志与决定论的探讨，也正如普利高津所言：因为我们对宇宙了解的越多，对决定论的信仰与支持也就会慢慢减弱。在一个混沌的，时间作为矢量的宇宙里，我们必须来以一种全新的方式认识这个宇宙。认识的越多，思考就会越成熟，人类千百来就是在极其幼稚的思考中一步一步走向成熟，决定论与自由意志，热寂学假说，这些看起来似乎令人恐惧的理论与学术争论，也在不断的深入中却也被逐渐重新认识。我们是原子构成的物体，也必然遵循量子力学和薛定谔方程，但在必然性中也同样遵循着偶然性，否则概率就不会被引入量子力学。这仅仅是没有自由意志的非生命体，而在有灵魂，有自由意志的生命体上，我们更不可能排斥自由意志的干扰。在认识中，一切都将继续被深入。认识没有终点，但在文明逝去之日，我们的一切却又都将回归终点，我们唯独能做的，就是在我们逝去之前，尽可能去窥探这世间的一切奥秘，或许，这才是生命的意义！
参考论文：《“热寂说” 、“宇宙”和宇宙》 中央民族大学 朱振和 《宇宙热寂说研究进展》西北大学 张建树 孙秀泉 《哲学决定论的历史形态》青海社会科学200105期 王东生 《决定论与非决定论的争论及其现代意义》 龙宣平 《从热机到热寂 ——熵的起源与发展》 陕西师范大学 尹世伟 、郭庆伟、李鑫茹 、潘龙 《决定论与自由意志关系新探》 复旦大学 俞吾金
参考书籍：《西方哲学史》作者:梯利 《生命是什么》 作者：薛定谔 《道德形而上原理》 作者：康德 《实践理性批判》 作者：康德 《确定性的终结：时间、混沌与新自然法则》 作者：普里高津 《心灵导论》 作者:约翰·赛尔
