我们知道能量是守恒的,不能被创造或被摧毁。
可既然这样,为什么我们不能像能量一样永恒,反而要注定迈向死亡呢?
想象一堆积木,每个积木相当于一个粒子,而由积木搭成的各种形状就是我们纵然每个积木都可以永恒,可积木所搭建的形状一旦改变,也就意味着我们的死亡。而这些积木又在时刻运动着。
假设三个积木在左,一个积木在右的形状,就是我们积木的无规则运动会使这个形状如何变化呢?这堆积木一共可以形成5种宏观形态,每种宏观态对应的微观态数量并不相同。这里宏观态是指不考虑积木的差异,只考虑整体的状态,而微观态则是考虑积木差异的状态。
可以看出,左右金木数量相等的宏观态可能性最大,而我们自身宏观形态被维持的概率只有4分之1。
不过当积木数量足够多时,我们自身形状被改变的趋势几乎就是必然的。
这种自发向对应微观态数量最多的宏观态改变的现象就是热力学第二定律,又因为这种改变无法自行逆转,故又称为时间之师。
而这种自发改变的趋势,就是我们无法像能量一样永恒的原因。
明白学习观11所介绍的信息熵之后,就可以用熵的概念来理解这种现象。所有积木都在左侧的宏观态只对应一种微观态,没有任何不确定性。我们称这种宏观态的熵为零,而对应微观态的数量越多,宏观态具体是哪一种,微观态的不确定性越大,我们就称这个宏观态的熵越高。
因此,热力学第二定律又叫熵增定律,意为孤立系统的熵只增不减,宏观肽达到熵最大状态时,也叫热平衡。
熵增定律常被描述为事物会从有序状态向无序状态发展,但这并非由什么外力所引起的。房间自发越变越乱的原因单纯只是因为我们把它弄乱的方式要比把它弄整洁的方式多得多。注意这里的无序并不是我们日常生活中所理解的房间排列方式无序,而是房间乱的可能方式有很多种。
因为积木每种排列方式的概率都是相同的,并不会说哪个杂乱的方式更有可能发生是不同数量的微观态共同定义的宏观态们之间的概率不同。
所以徐界慢慢抛弃了商势描述无序的这种解释,因为它极具误导性。
熵增定律同样适用于能量,虽然能量不会消失,但能量的转移才可以造成改变,而转移需要有能量差。可当一个系统的能量分布像金木分布一样两边都平衡时,也就没有能量可以转移。因此,根据做功的能力,能量也有高低品质之分,而热力学上就可以用于描述系统自发做功的能力。
于是就有了克劳修斯的表述,不可能把热量,也就是能量的一种从低温物体传向高温物体,而不引起其他变化。
用沙丘来类比的话,沙子会谈成平缓的沙丘,而不会自己锯成一个高高的沙塔。除非我们消耗能量把它堆砌成沙塔,可不久它又会谈成沙丘。
由于对我们而言宏观态的改变才算改变,因此若把整个宇宙视为一个宏观态,它也会无法避免的朝熵最大的状态发展。
当他达到熵最大的状态时,将不会有任何能量的转移,也不会有任何宏观态的改变。而宇宙的这种状态就被叫做热寂,这是对我们而言宇宙终结的诅咒,
面对我们的难道真的只有终结这一条路吗?
为打破这个诅咒,麦克斯韦提出了一种假想,既然分子在做无规则运动,那想象有一个小妖可以感知分子的运动控制着门的开关。当带有更多能量的分子要运动到左边时就开门,带有较少能量的分子要运动到右边时也开门,其他情况都关门。这样就可以自发的让系统的熵降低,左右两边会产生可用于做功的能量差,岂不是可以造出永动机?这个假象困扰了科学家100年,然而麦克斯韦1最终还是未能打破诅咒,因为人们忽略了一点感知到的分子运动就是信息学习观十中讲过信息和熵的关系。当观察者对某事件一无所知时,信息熵和信息数量相等,意义相反。消除信息熵等于获取信息,同时信息熵和热力学商又可以相互转换。伊比特的信息商等于这么多的热力学商。麦克斯韦1其实是利用信息来降低信息商,从而降低热力学商。然而信息的获取不是免费的,想要重置亿比特的信息,理论上至少需要这么多的能量。
注意到这其中的关系了吗?
能量差需要低熵,而低熵需要信息,可信息又需要能量差。也就是说,麦克斯韦1若想用信息获取能量,就不得不先用外界的能量来获得信息,也就不再是孤立。系统依然没有违背热力学第二定律。
科学家100年都没有想明白其中道理的原因之一,是因为我们自身的思考一直在向系统传递信息,而你就是这个麦克斯韦奥。麦克斯韦奥没有打破诅咒,但他却揭示了生命的本质,随后由薛定谔在1943年提出生命以负伤为食。
一直以来,不管从组成还是从功能的角度,人们都无法找到完美分割生命和非生命的边界。因为组成生命的物质都是非生命,非生命也可以进行物质能量交换,而生命死后又会被归为非生命。
不过,个体虽会死亡,其遗传物质却能延续。但要说生命就是遗传物质,这好比是说电脑就是硬盘。而要说生命是遗传物质上的信息,虽然正确,可却又没什么用,因为信息可以是任何事情。说生命是信息,好比在说生命是任何事情。
然而,薛定谔的定义却能将这一切都解释得通。生命是一种很特殊的状态维持方式,它并不像金刚石这种本身结构就很稳定,可以被动的维持自身状态,而是主动的在用信息来紧伤,从而维持自身状态。
这也就是病毒有意思的地方,在未入侵能为其提供能量支持的素主细胞之前,它以非生命的形式来维持自身状态,而入侵之后,它又是以生命的形式来维持状态。
依照这种定义,不管是否是碳基,是否是天然形成,只要满足用信息来抗衡熵增从而维持自身状态的系统,就可以被视为生命。
你一定会想,我们岂不是可以用专门处理信息的计算机造出人工智能生命?
而关键的问题就在这里,计算机的信息是由人类提供的,如果撤掉人类的所有支持,就好像回到宇宙生命形成之前。计算机又要如何才能自己获得下息呢?