曲　燕

[摘要]熵定律(即熱力學(xué)第二定律)告訴人們：每當(dāng)能量從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一種狀態(tài)時(shí)，人們會(huì)“得到一定的懲罰”，這個(gè)懲罰就是人們損失了能在將來(lái)用于作某種功的一定的能量。在熵定律的框架下，人們應(yīng)樹(shù)立一種新的宇宙觀、世界觀和歷史觀。這種新的世界觀下的生存發(fā)展方式，即發(fā)展能源節(jié)約、環(huán)境友好的和諧社會(huì)，走可再生能源和新能源的能源發(fā)展新路，將是符合熵定律發(fā)展的最佳道路。

[關(guān)鍵詞]熵；生存方式；宇宙觀；世界觀；歷史觀

[中圖分類(lèi)號(hào)]B01[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-5595(2009)02-0071-(04)

一、引言

熱力學(xué)誕生于19世紀(jì)上半葉，是繼理論力學(xué)和彈性力學(xué)之后，與電磁學(xué)一起，應(yīng)用和發(fā)展牛頓力學(xué)的一個(gè)重要的學(xué)科。熱力學(xué)概念乍聽(tīng)起來(lái)有些深不可測(cè)，而且為了給它尋找一個(gè)確切的定義也確實(shí)使科學(xué)家們絞盡腦汁，其實(shí)它是人們所知道的最簡(jiǎn)單而又給人印象最深的科學(xué)概念。熱力學(xué)的兩個(gè)定律可以用一句簡(jiǎn)短的句子來(lái)表達(dá)：宇宙的能量總和是個(gè)常數(shù)，總的熵是不斷增加的。阿爾伯特-愛(ài)因斯坦曾經(jīng)苦思冥想：哪一條科學(xué)定律是當(dāng)之無(wú)愧的最高定律?最后他下的結(jié)論是：一種理論前提越為簡(jiǎn)練，涉及的內(nèi)容越為紛雜，適用的領(lǐng)域越為廣泛，那這種理論就越為偉大。他認(rèn)為，經(jīng)典熱力學(xué)就是因此給他留下了極其深刻的印象。他相信只有內(nèi)容廣泛而又普遍的熱力學(xué)理論才能通過(guò)其基本概念的運(yùn)用而永遠(yuǎn)站穩(wěn)腳跟。

而筆者所要探討的哲學(xué)問(wèn)題主要來(lái)自這個(gè)經(jīng)典熱力學(xué)理論的第二條，即熱力學(xué)第二定律，它還有一個(gè)名字叫熵定律。用通俗的話講，熵定律告訴人們：每當(dāng)能量從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一種狀態(tài)時(shí)，人們會(huì)“得到一定的懲罰”，這個(gè)懲罰就是人們損失了能在將來(lái)用于作某種功的一定的能量。

這個(gè)看似簡(jiǎn)單的道理，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，引起整個(gè)科學(xué)界和哲學(xué)界的廣泛關(guān)注，甚至引起了人類(lèi)對(duì)宇宙觀、世界觀、歷史觀的重新認(rèn)識(shí)。關(guān)于宇宙論的“熱寂說(shuō)”，關(guān)于揭示信息與熵之間存在密切關(guān)系的麥克斯韋“‘妖佯謬”，關(guān)于“歷史變更的原因是現(xiàn)存能源的耗散還是財(cái)富的積累”這樣的歷史觀問(wèn)題，都是在熱力學(xué)第二定律的構(gòu)架下引發(fā)的人們對(duì)世界本質(zhì)的思考。

本文首先簡(jiǎn)單回顧一下人類(lèi)世界觀的發(fā)展過(guò)程，接著引出熵定律下的一種新的宇宙觀、世界觀和歷史觀，最后探討在這種新的世界觀下的生存發(fā)展方式。

二、世界觀的歷史發(fā)展

有史以來(lái)，人類(lèi)一直覺(jué)得有必要建立起一個(gè)組織生命活動(dòng)的參照體系，來(lái)解釋世界萬(wàn)物存在發(fā)展的緣由，這便是世界觀問(wèn)題。希臘神話把歷史劃分為五個(gè)時(shí)代，一個(gè)比一個(gè)退化和粗俗，因此，在古希臘人的眼中，上帝創(chuàng)造的完美世界并非不朽，而是包含著衰亡的種子，宇宙在無(wú)序中逐漸趨于極度混亂，直到上帝出面干涉，重新恢復(fù)完美的秩序，如此周而復(fù)始。因此，柏拉圖與亞里士多德都認(rèn)為變化最少的社會(huì)秩序才是盡善盡美的社會(huì)秩序，將一個(gè)變化盡量少的世界傳給后代是古希臘人的理想。

進(jìn)入中世紀(jì)，基督教世界觀在西歐占據(jù)了統(tǒng)治地位。它雖然擯棄了古希臘人認(rèn)為歷史是循環(huán)往復(fù)的觀點(diǎn)，卻仍然認(rèn)為歷史是一個(gè)衰亡的過(guò)程。人們把現(xiàn)世生活看作是進(jìn)入來(lái)世生活之前的一個(gè)過(guò)渡階段，人生的目的是為了“救世”，歷史由上帝創(chuàng)造，世界何去何從完全是上帝的旨意。

現(xiàn)代的世界觀是由巴黎大學(xué)的歷史教授雅克·吐?tīng)柟乓徽Z(yǔ)道出的。吐?tīng)柟艌?jiān)信歷史呈現(xiàn)出一個(gè)向完美的現(xiàn)世生活發(fā)展的總趨勢(shì)，盡管進(jìn)化過(guò)程是不平衡的，有時(shí)甚至出現(xiàn)停止和倒退。因此，吐?tīng)柟诺难菡f(shuō)被譽(yù)為是“創(chuàng)造了一個(gè)嶄新的包括遠(yuǎn)古到現(xiàn)今的世界歷史觀”。當(dāng)人類(lèi)進(jìn)入機(jī)器時(shí)代，三位偉大的建筑師已經(jīng)為人們繪制出了機(jī)械論世界觀的宏偉藍(lán)圖，他們就是弗蘭西斯·培根(F.Bacon)、勒奈·笛卡爾(R.Descartes)和伊薩克·牛頓(I.Newton)。培根的《新工具》敲開(kāi)了機(jī)械論世界觀的大門(mén)，他向人類(lèi)指出了一個(gè)認(rèn)識(shí)世界的新方法，這就是現(xiàn)在所說(shuō)的科學(xué)方法。隨后的大數(shù)學(xué)家笛卡爾更直接地指出了人類(lèi)探索世界奧秘的認(rèn)識(shí)工具，這便是數(shù)學(xué)，并視之為“迄今為止人類(lèi)智慧賦予我們的最有力的認(rèn)識(shí)工具”。在笛卡爾成功地把自然界整個(gè)的轉(zhuǎn)化變成了運(yùn)動(dòng)中的簡(jiǎn)單物體之后，牛頓發(fā)明了描述這一物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)方法。至此，人類(lèi)終于得到了一個(gè)秩序井然的世界。中世紀(jì)那種為了來(lái)世能贏得拯救的生活目標(biāo)已經(jīng)過(guò)時(shí)，追求現(xiàn)世生活的完美成為人類(lèi)的新目標(biāo)。

然而，人類(lèi)并不滿足于對(duì)自然界井然有序的探索，于是開(kāi)始尋求機(jī)械論世界觀這些所謂的普遍規(guī)律與社會(huì)運(yùn)行之間的關(guān)系。這時(shí)，人類(lèi)舞臺(tái)又走出了兩位杰出的代表——約翰·洛克(J.Locke)和亞當(dāng)·斯密(A.Smith)，他們分別在社會(huì)關(guān)系和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域傳播著牛頓的機(jī)械論世界觀。正如培根把上帝驅(qū)逐出了自然界那樣，洛克把上帝驅(qū)逐出了人類(lèi)舞臺(tái)，他將人類(lèi)從上帝的奴仆變回了一個(gè)為自身生存而奮斗的個(gè)體。社會(huì)的自然基礎(chǔ)再也不是上帝的神權(quán)統(tǒng)治，而是個(gè)人利益。但是洛克又將人類(lèi)的命運(yùn)推向了另一個(gè)極端，那就是人們的需要和欲望、夢(mèng)想和渴求，都被囿于對(duì)物質(zhì)利益的追求之中了。亞當(dāng)·斯密與洛克如出一轍，堅(jiān)信人類(lèi)活動(dòng)的基點(diǎn)是物質(zhì)的私益。他在《國(guó)富論》中指出了存在于經(jīng)濟(jì)學(xué)中的自然規(guī)律，那就是：最有效的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)是放任主義的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，即讓一切都不加干涉，人們可以為所欲為。

那現(xiàn)實(shí)世界真的如機(jī)械論世界觀的支持者們想象的那樣，宇宙間真有一個(gè)可以在天體的運(yùn)行中觀察到的精確的數(shù)學(xué)規(guī)律嗎?人類(lèi)積累的物質(zhì)財(cái)富越多，世界就必然越有秩序嗎?熵定律給出了不同的答案。

三、熵定律構(gòu)建的宇宙觀

我們先來(lái)看看熵定律在宇宙學(xué)上的影響，這當(dāng)然不能不說(shuō)“熱寂說(shuō)”。熱力學(xué)第二定律認(rèn)為，絕熱的封閉系統(tǒng)中熱量只能從熱流體流向冷流體，如果要從冷流體傳向熱流體，必須有外界的熱量或能量的補(bǔ)償，反應(yīng)到熵函數(shù)上就是熵增原理。提出熱力學(xué)第二定律的開(kāi)氏表述和克氏表述的兩位科學(xué)家威廉·湯姆遜(W.Thomson)和魯?shù)婪颉た藙谛匏?R.Clausius)，都相信宇宙的不斷演化必然伴隨著能量的不可逆耗散。一切能量最終都將變?yōu)闊崮芏纳⒌?，地球?qū)⒆兊迷絹?lái)越冷而不再適宜人類(lèi)生存，宇宙從此開(kāi)始可能永久停留在休止的狀態(tài)。這就是熱力學(xué)第二定律的宇宙學(xué)結(jié)果，克勞修斯用熵的術(shù)語(yǔ)表示為宇宙的“熱寂”。

物理學(xué)家們不希望看到這種悲觀的論點(diǎn)，于是對(duì)此提出了質(zhì)疑。一種是質(zhì)疑熵定律的適用范圍。熵定律是否可以適用于構(gòu)成宇宙的恒星和銀河系的宏觀世界，即宇宙是不是可以被看成絕熱的封閉系統(tǒng)?宇宙到底有沒(méi)有邊界，如果有，宇宙的邊界也可能使散失的能量重新集結(jié)而使地球恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。玻爾茲曼(L. Boltzmann)和朗道(L.D.Landau)在地球?yàn)檫h(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)的前提下，分別指出是“漲落效應(yīng)”和“引力效應(yīng)”觸發(fā)了失穩(wěn)，導(dǎo)致不同形式

花樣的產(chǎn)生和覆滅，形成了豐富多彩的宇宙圖像。

另一種避免“熱寂說(shuō)”的可能的解釋指出，宇宙的能量只說(shuō)明具體的或可見(jiàn)的宇宙才是短暫的，耗散了的能量也許經(jīng)過(guò)看不見(jiàn)的以太流到一個(gè)看不見(jiàn)的王國(guó)去了，然而看得見(jiàn)和看不見(jiàn)的宇宙的總能量是守恒的，只是看得見(jiàn)的宇宙的能量才是暫時(shí)的、不斷耗散的，具體的宇宙是衰變的，看不見(jiàn)的宇宙才是永恒的。

然而，如今流行最廣的關(guān)于宇宙起源和發(fā)展的“大爆炸”理論，是符合熱力學(xué)第一定律和第二定律的。它聲稱(chēng)宇宙是以有序的狀態(tài)開(kāi)始，并不斷地向無(wú)序狀態(tài)發(fā)展的。另外，從20世紀(jì)60年代天文學(xué)家就開(kāi)始記錄他們能收集到的宇宙中古往今來(lái)的一切無(wú)線電源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古時(shí)代的無(wú)線電源要比現(xiàn)在多得多，這就從一個(gè)側(cè)面證明了大爆炸學(xué)說(shuō)與熱力學(xué)第二定律，即宇宙正趨向于熱寂，它的熵正接近最大值。

在現(xiàn)階段，關(guān)于宇宙起源與組成的學(xué)說(shuō)還沒(méi)有得到確鑿的科學(xué)驗(yàn)證，只能說(shuō)是種種假說(shuō)，但是，科學(xué)家們正在為尋求科學(xué)驗(yàn)證做著積極的努力。這其中較為突出的實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)，分別將要在地球上和太空里實(shí)現(xiàn)對(duì)大爆炸理論的科學(xué)驗(yàn)證。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)將在迄今為止世界上最大的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC(Large Hadron Collider)中進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)裝置由歐洲核子中心(CERN)研發(fā)，位于瑞士、法國(guó)邊境100米深的地下，通過(guò)在周長(zhǎng)27公里的超低溫(接近絕對(duì)零度1.9K)超導(dǎo)環(huán)形軌道內(nèi)，反復(fù)加速兩束粒子直到具有7Tev的高能，再引導(dǎo)其對(duì)撞，從而在實(shí)驗(yàn)室里再造宇宙大爆炸的瞬間，并用LHC沿線四個(gè)大型探測(cè)器——ATLAS、ALICE、CMS、LH-Cb進(jìn)行科學(xué)研究。該大型實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過(guò)10年的建設(shè)(1999—2008)已于2008年9月10日正式啟動(dòng)。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是將于2010年在國(guó)際空間站ISS(Inter-national space Station)上進(jìn)行的阿爾法磁譜儀AMS-02(Alpha Magnetic Spectrometer)實(shí)驗(yàn)。宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)認(rèn)為，發(fā)生在150億年前的大爆炸產(chǎn)生了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。如果大爆炸理論正確，就要尋找到這些失蹤的反物質(zhì)。由于反物質(zhì)與正物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生湮滅而放出巨大的能量，所以在地球上無(wú)法找到反物質(zhì)。所以，AMS-02實(shí)驗(yàn)將要在近地軌道400公里的空間站上運(yùn)行3年以尋找反粒子?？茖W(xué)家們稱(chēng)，只要能發(fā)現(xiàn)一個(gè)反氦核，將可推斷宇宙中存在反星系；發(fā)現(xiàn)一個(gè)反碳核，就可以推斷有反星球存在。大爆炸理論能否通過(guò)反物質(zhì)進(jìn)一步證實(shí)自己，我們拭目以待。

但是，目前可以肯定一點(diǎn)：對(duì)于我們這個(gè)小小的太陽(yáng)系和地球，熵定律仍然是“自然界一切定律中的最高定律”。世界決不是機(jī)械論世界觀的支持者所想象的那樣，如同一臺(tái)遵循嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式而精確運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，世界是不斷轉(zhuǎn)化和變化的，世界上的每個(gè)事物都與其他事物聯(lián)系著，人類(lèi)設(shè)計(jì)的最佳的電子計(jì)算機(jī)至今也奈何不得一口普通池塘里的生態(tài)關(guān)系。

四、熵定律構(gòu)建的歷史觀和世界觀

不僅在宇宙學(xué)上，熵定律也在人類(lèi)歷史觀上掀開(kāi)了新的一頁(yè)。關(guān)于歷史發(fā)展的原動(dòng)力，長(zhǎng)久以來(lái)有一個(gè)頗多爭(zhēng)議的話題，那就是，歷史變更的原因是現(xiàn)存能源的耗散還是財(cái)富的積累?

現(xiàn)代歷史學(xué)家有一種觀點(diǎn)叫做閑暇歷史說(shuō)，他們認(rèn)為只有當(dāng)人們創(chuàng)造了一定的財(cái)富剩余從而有足夠的閑暇去思考、試驗(yàn)和調(diào)整的時(shí)候，人們的態(tài)度才會(huì)發(fā)生重大的改變。因此，抱有這種觀點(diǎn)的歷史學(xué)家就有這樣的世界觀，即歷史是一個(gè)不斷進(jìn)步的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中每個(gè)時(shí)期的財(cái)富剩余為發(fā)明新的工具和技術(shù)提供必要的剩余時(shí)間。這些新的工具和技術(shù)反過(guò)來(lái)又創(chuàng)造了更大的財(cái)富剩余，為進(jìn)一步發(fā)明更高級(jí)的工具和技術(shù)贏得更多的時(shí)間。這個(gè)論點(diǎn)乍一聽(tīng)不無(wú)道理，但是從熱力學(xué)第二定律的角度思考，它卻與實(shí)際歷史的進(jìn)程有些出入。歷史上出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)折或出現(xiàn)人類(lèi)文化重大變遷的時(shí)候，往往是人類(lèi)面臨生存危機(jī)的時(shí)候，這時(shí)，人們才開(kāi)始嘗試新的辦法，正所謂“窮則變，變則通，通則久”。熵定律貫穿于歷史的發(fā)展過(guò)程，熵的整個(gè)過(guò)程總是趨向熵的最大值，當(dāng)熵的不斷增加引起了某一能源環(huán)境的質(zhì)變時(shí)，歷史就達(dá)到了一個(gè)危急的分界線，以致社會(huì)必須進(jìn)入一個(gè)新的能源環(huán)境，創(chuàng)造新的技術(shù)模式，產(chǎn)生新的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治機(jī)構(gòu)。熵定律還表明，就有效能量而言，每一次這樣的環(huán)境質(zhì)變都會(huì)比上一次更加劇烈，因?yàn)槊拷?jīng)歷一次這樣的階段，世界上的有效能量?jī)?chǔ)備就被耗散到一個(gè)更低的水平，于是反映在歷史的每個(gè)階段，人們不得不發(fā)明更加復(fù)雜的技術(shù)，以維持一定的生活水平。因此，熵定律的世界觀認(rèn)為，只有有意識(shí)地尊重地球的資源極限，人類(lèi)才能做出對(duì)其繼續(xù)生存具有重大意義的調(diào)整。人類(lèi)以及所有其他形式的生命的生存，都取決于人類(lèi)與自然和平相處的決心。如果人類(lèi)毫無(wú)顧忌地為所謂的發(fā)展和進(jìn)步窮耗資源，人類(lèi)終將會(huì)受到懲罰。熵定律其實(shí)在向人類(lèi)昭示一種嶄新的生存發(fā)展方式。

五、一種嶄新的生存發(fā)展方式

機(jī)械論世界觀以持久的物質(zhì)增長(zhǎng)為出發(fā)點(diǎn)，而熵的世界觀則以保存有限資源為思想基礎(chǔ)，體現(xiàn)到能源領(lǐng)域，就是要節(jié)能。傳統(tǒng)的節(jié)能思想是在同樣產(chǎn)出的情況下，減少能源消耗量，即從“能”的角度以減少用能數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，能量是有品質(zhì)的，能量的降質(zhì)會(huì)比能量的散失造成更大的損失。能量的降質(zhì)就意味著熵的增加，即可用能的損失，所以從“熵”的角度，梯級(jí)、系統(tǒng)的科學(xué)用能以減少能源利用過(guò)程中的熵增，是更深層面的節(jié)能體現(xiàn)。可以預(yù)見(jiàn)，工業(yè)時(shí)代將注定隨著化石能源時(shí)代的結(jié)束而終結(jié)，以非再生能源為基礎(chǔ)的全部經(jīng)濟(jì)上層結(jié)構(gòu)也將土崩瓦解。構(gòu)建能源節(jié)約、環(huán)境友好的和諧社會(huì)，走可再生能源和新能源的能源發(fā)展新路，將是符合熵定律發(fā)展的最佳道路。

其實(shí)，建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)，實(shí)現(xiàn)人與人、人與自然和諧相處，同樣體現(xiàn)著熵的智慧。物理上，熵代表了一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度。熵增加的過(guò)程正是系統(tǒng)無(wú)序度(混亂度)增大的過(guò)程。反映在社會(huì)生活領(lǐng)域，任何事物若聽(tīng)其自然發(fā)展，混亂程度一定有增無(wú)減。屋子從整齊到凌亂，個(gè)人從自律到放縱，社會(huì)從秩序井然到動(dòng)蕩不安，人際關(guān)系從和諧到冷漠全都是自發(fā)過(guò)程，社會(huì)要和諧發(fā)展，就要消除這些不和諧的因素，也就是減少社會(huì)系統(tǒng)的無(wú)序度，建立一個(gè)低熵社會(huì)。通過(guò)人們的努力，抑制貪欲，改變陋習(xí)，在滿足基本物質(zhì)生活條件的情況下，追求高尚的精神文化生活方式。同時(shí)，減緩有效能量的消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，善待自然萬(wàn)物，向自然社會(huì)這個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)注入負(fù)熵，使社會(huì)從無(wú)序走向有序，使地球的生物圈永遠(yuǎn)成為一個(gè)減熵的環(huán)境從而有利于地球上生物的進(jìn)化，最終實(shí)現(xiàn)民主法治、公平正義、誠(chéng)信友愛(ài)、充滿活力、安定有序，人與自然和諧相處。

另外，不僅是社會(huì)，人的生命不也是“賴(lài)負(fù)熵而生”嗎?早在1943年，著名科學(xué)家薛定諤(E.Schro-dinger)就在其《生命是什么》中，以高度的洞見(jiàn)性，從熵變的觀點(diǎn)分析了生命有機(jī)體的生長(zhǎng)與死亡，雖然單單汲取負(fù)熵并不構(gòu)成生命，但是生命離不開(kāi)汲取負(fù)熵。換句話說(shuō)，在非平衡條件下，熵流會(huì)產(chǎn)生有序和組織，進(jìn)而產(chǎn)生生命。

總之，熵的過(guò)程既非樂(lè)觀也非悲觀，它只是描述了客觀世界是如何展開(kāi)的。熵確實(shí)代表了混亂和腐敗，但它同時(shí)也代表著生命本身的展開(kāi)。熵定律不過(guò)是一個(gè)物理定律，但自它誕生之日起，就注定要成為最廣泛爭(zhēng)論的物理定律之一，因?yàn)楫吘轨囟墒俏ㄒ簧婕皶r(shí)間和方向的定律，理解它有助于人類(lèi)以一種新的價(jià)值觀念去審視生命本身。

[責(zé)任編輯：陳可闊]