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为什么薛定谔会说“生命以负熵为生”？熵和负熵到底是什么意思？( 二 )

薛定谔


我们大体上可以把熵解释为无序的程度 ， 越是无序 ， 则熵增；越是有序 ， 则熵减 。
但无序这个概念不够严谨：你觉得屋子井井有条是有序、是低熵 ， 那我这个邋遢人还觉得井井有条是无序、是高熵呢 。 事实判断变成了价值判断 ， 你这还怎么搞？所以 ， 就要对无序进行精确定义 。
无序 ， 精确一点儿的定义是：有多少中排列方式 。
一种组合是：一堆豆子排列得整整齐齐；另一种组合是：一对豆子撒的哪哪都是 ， 而且它们还可以任性地滚来滚去 。

就是这两种组合 ， 哪一个排列方式更多？当然是后者 ， 于是就可以说后者的熵比前者大 。
接着再举一个例子 ， 一杯冰块和一杯水 ， 到底哪一种组合的熵更大？看着一杯冰块恣意混乱、一杯水“井然有序” ， 但这是在宏观层面 ， 具体到微观层面 ， 你要看水分子的排列方式 。 所以 ， 一杯水的熵 ， 要比一杯冰的熵更大 。

熵和熵增的讨论到此为止 ， 接下来：以熵这个高阶知识 ， 来解释宇宙 。
宇宙到底有没有目标？宇宙中的物质到底有没有目标？目标是个主观意志或价值信念 ， 所以只有人才有 。 但是 ， 你怎么解释光的折射呢？
一束光从空气射入水中 ， 肯定要发生折射 。 但是 ， 光为什么要折射呢？原因是：光在两点之间走的轨迹 ， 一定是所有路径中最短的那一条 。 好了 ， 问题也就清楚了 。 因为光在水中的速度要比光在空气中的速度慢 ， 所以光就尽量多在空气中走、少在水中走 ， 这样的路径才能最短 。 而折射恰恰是这么发生的 。

于是 ， 我们能不能说光也有目标呢？
以此类比 ， 其他物质或现象是不是也有目标？如果这个推论能成立 ， 那么我们是不是可以说：真实世界的物理过程总是在把某个物理量最大或最小化 ， 而它们的目标就是搞优化呢？
不管其他物质、物理量是怎么想的 ， 我们就看熵 。 既然光是有目标的 ， 即走最短的路径 ， 那么熵是不是也有目标 。 而熵的目标是什么呢？
这个目标 ， 被热力学第二定律个解释了 。 热力学第二定律有很多表述 ， 我们只取一个 ， 即：
任何一个孤立系统里 ， 总体的混乱程度 ， 只会增大不会变小 ， 直到达到混乱的最大化 ， 也就是熵一定要增大 。
从热力学第二定律出发 ， 我们只能推导出悲观的宇宙未来：所有的星星都会熄灭 ， 所有秩序都会瓦解 ， 所有的热闹都会消散 ， 宇宙将变得毫无生气 。 而这就是热寂 。
所以 ， 宇宙是有目标的 ， 宇宙的目标就是热寂 。
但是 ， 宇宙从一个奇点变成一锅热粥 ， 接着变成现在这样五彩斑斓 ， 你怎么解释？

因为热寂是宇宙的总目标 ， 但宇宙还有次目标 。 这个次目标就是自组织 。 因为引力的存在 ， 所以很多东西就聚集在一起 。 于是 ， 恒星会发光、地球绕着太阳转 。 这就是自组织 。 于是 ， 引力把无序变得有序了 ， 变成了现在这个五彩斑斓的宇宙 。
但是 ， 引力能够拒绝熵增、避免热寂呢？
答案是不能 ， 因为引力导致的只是局部自组织 ， 只是实现了宇宙的次要目标 。 而这个局部自组织却在加剧总体的熵增 ， 次要目标也在加速总体的目标 。
你用吸尘器把自己的房间打扫的一尘不染 ， 但是吸尘器用的电是从哪里来的？是从火电厂 ， 火电厂燃烧了大量的煤炭 ， 也就制造了更多的无序 。 所以 ， 你的房间只是局部的有序 ， 而这种局部的有序却使用了能量 ， 而能量加大了总体的无序 。

而生命也是这个道理 。 你维持了自己的自组织、自己的生命、自己的有序 ， 但你要消耗食物 ， 而这些食物恰恰因为你而变得无序 。
所以 ， 薛定谔说“生命以负熵为食” ， 意思就是：一个动物想要活着 ， 就要持续不断地吃下去混乱度比较低、熵也比较低的食物 ， 然后排泄出混乱度比较高、熵也比较高的粪便 。
熵增 ， 是宇宙的总目的 。 所以 ， 生命体无时无刻不在外界产生熵 ， 也在体内制造熵 。 结果只能是不断接近熵的最大值 。 而一旦到了这个最大值 ， 生命体也就到了它的危险时刻 ， 即死亡 。
那么 ， 该如何摆脱死亡呢？就是生命体不断地从外界汲取负熵 ， 这是唯一的办法 。 而“有机体成功地在它的存活期间不断地消除活着的时候不得不产生的全部的熵 ， 这即是新陈代谢的本质” 。
我们到底该怎么看待薛定谔关于生命的这个高阶说法呢？
人是有理性的 ， 但理性是有局限的 。

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