永不下車 第一〇五章 分布

    熱寂，定義並不甚明了，用來形容宇宙的最終命運，在物理界卻盡人皆知。一筆閣 www.yibige.com

    宇宙的終局，或者，人類認識範圍內的任何一種客觀存在，如果當做孤立系統，最終的結局必然是熵達到極大值，在那之後，倘若時間的概念仍然存在（這一點並非天經地義），系統本身也不會有任何變化，成為真正意義上的一潭死水。

    熱力學三定律，一百多年前的科學原理，給出的就是這樣的一種景象。

    在理察*費曼面前，方然沒有解釋這些基本原則的必要，他只是言簡意賅的道出疑問。

    「宇宙的末日」，這，是任何一個學習過現代物理，特別是熱力學的學生，多多少少都會思考過的問題。

    區別只在於，尋常人的這種思考，很快就會被生命的逝去、和時間的流逝沖刷殆盡。

    一旦意識到人的一生何其短暫，遙遠到不可思議的宇宙之末日，再怎樣努力，也無助於解決眼前的問題，這種思考就會知趣的無疾而終，甚或用「人類連十年、二十年後的世界都無法預測，又怎能奢望洞悉宇宙的奧秘」來自我安慰。

    但是方然呢，即便只是一個永不下車的憧憬者，無限長的生命還是未知數，思維的角度，也已經和常人大不相同。

    熱力學定律，自身而言，是基於統計的直白敘述。

    想像一個充斥空氣的密閉空間，在沒有外界的物質、能量影響時，其中的空氣分子，會大致均勻的分布在整個空間裡，而幾乎絕對不可能自發的集中在空間一側、讓另一側出現真空；事實上，即便通過外力，讓這種情形出現，一旦撤去外來的干涉條件，氣體分子會迅速向真空一側擴散，經過或長或短的時間，最終，空間內又會變成分子大致均勻分布的平衡態，或者，終末態。

    考察處於平衡態的空間，微觀上，任何一小塊空間內的分子數量，總會有微弱的漲落起伏，但是從宏觀上，分子的分布則非常均勻。

    為什麼會這樣呢，淺顯的表象，背後蘊含的機理卻極端深刻，方然並無法看透。

    只能說從形上學的角度，統計規律，可以用來解釋這樣一種現象：考慮空氣分子在空間中的分布，可能的方案有如恆河沙數，但其中絕大多數方案都是分子近似均勻分布、平平無奇的那種，所有分子聚集在一半空間、另一半出現真空的方案，則只有其中的極少數。

    譬如說，在上面的案例中，如果空間內有10，000個空氣分子，將空間等分成a、b兩部分，則所有空氣分子在其中任意分布，可能的情形會有2^10000之多。

    2^10000，毫無疑問，這一數字是難以想像的巨大。

    然而所有空氣分子都跑到一邊、另一邊出現真空的情形，又有多少種呢？

    要麼所有分子都在a，要麼所有都在b，數一數，這樣的極端情形為何幾乎不可能出現，原因也就不言自明：

    這種情形，只有區區2種方案，可以做得到。

    10000個空氣分子的任意分布，自發出現一半空氣、一半真空的概率是1/2^9999，這個數字究竟有多小呢，數學家可能會感興趣，但是對物理學家而言，實踐意義上，如此微末的數字根本就等於零。

    而且這還是區區10000個空氣分子的情形；

    實踐中，哪怕一立方厘米的地表空間，在零攝氏度、標準氣壓時，都會充斥著2.7*10^19個空氣分子。

    規模越大，偏離平均分布的情形，越會罕見到根本不可能出現。

    雖然是用分子位置舉例，換成其他的物理量，譬如速度、能量，也是一樣道理。

    建立在統計學上的熱力學三定律，道理，非常簡潔，雖然背後的機理深不可測，站在不求甚解、只看結果的角度，其正確性卻是不言自明。

    但，一旦將這些定律應用到宏觀層面，甚至宇宙這樣的尺度，又會怎麼樣呢。

    絕對正確的熱力學三定律，與民眾的誤解不一樣，原則上，並不排除系統狀態的極端化，也就是進入一些相對不太罕見、不太容易自發形成的狀態，這種現象，在客觀世界司空見慣，用學術語言來講，是系統可以藉助外來的能量、或者說低熵源，來影響自身粒子的分布和行為，即，降低自身的熵值。

    正因為這樣的規則，在蓋亞，才衍生出從自然現象到生命奇蹟的一系列眼花繚亂。

    可是再怎樣紛繁蕪雜的世界，物理上的過程，熵的增加，或曰，系統分布從罕見狀態到常見狀態的滑落，卻是絕對無法違抗的宿命。

    蓋亞，年齡逾四十六億的古老存在，分布在其表面的生命形態，萬變不離其宗，都需要外界提供的低熵源來維持自身的生命活動，低熵的來源，本質上都是一點四億公里外的恆星，所發出的光芒。

    生命依賴恆星的光和熱，才能生存，科普讀物往往從能量轉移的角度描述這一過程。

    這樣講，當然是正確的，不過從熱力學的角度，發生在恆星到生命體、再到環境的熵轉移，才是更本質的陳述。

    生命的跡象，一切都依賴於熵的轉移，這是方然關注的核心問題。

    因為這也就意味著，倘若要永生，要擁有無限長的生命，僅僅假設宇宙本身萬世長存，直到永恆，只是一個必要條件。

    根本上講，要切實的永生不死，還要有一個永遠存在的低熵源。

    但是這可能嗎……

    「你可能還不清楚，熱寂，概念上本身就不太嚴謹；

    而且在學術界，這也是一個比較陳舊的概念，現在的物理研究者，大多都不認可。」

    方然的疑問，在費曼教授眼裡，似乎根本就不是什麼煩惱，

    「看來，你還是有基本的熱力學定律，和統計物理的一些背景知識，那麼對宇宙的演化，你了解多少？」

    「這方面所知有限，我的認識，還停留在『宇宙大爆炸』的階段。」

    實話實說，方然可不想在教授面前賣弄學問，畢竟他是來請教問題，而不是在面試。