熵定律是应始终如一服从的自然法则

 熵定律是应始终如一服从的自然法则

——用《资本论》解决中国的内忧外患（66）

热力学第一，第二定律使我们当然熟悉的法则，或许也是我们更应始终如一服从的法则，

托尔斯泰严厉地批评了科学，认为科学在研究什么是最有益、最容易学的同时忽略了什么是真实的和更重要的。他说，要使科学成为科学，而且真正有益而不是有害于人类，对科学唯一正确有效的理解是：科学是把人们应该怎样生活做为其对象研究的一门学问。包括托尔斯泰在内的哲学家们都指望科学能够指导一些社会行为规范，但结果都令他们大失所望。千真万确，科学没有提供教我们怎样生活的烹饪书籍，但它却给我们提供了一些具有普遍意义的自然法则。特别是热力学第一、第二定律的能量概念和熵概念，清楚地给我们指出了应“如何生活”，与此同时，也告诉我们选择某种特殊生活方式的后果。

第一，热力学考虑的是全人类和环境的关系

既然每一过程和每一行动都显示增熵，因此不可避免地，我们做的每件事情都会在我们的热力学系统中留下印迹。由此，我们能够从热力学定律中总结出某些行为法则。林赛建议，我们的行为应当以热力学定律为依据：“如果我们要生存下去，那么，我们应当尽可能创造有序环境。”到底怎样就算尽最大可能——达到有序？人类不应该盲目地制造有序，相反，应该更好地维护有序以提高每个人的生活质量。地球上盲目的人口增长也只会引起无序而不是有序。弥勒认为从热力学中我们学到的一条简单而深刻的法则是：无论何时，做任何事情你都必须考虑它目前和未来可能对周围或整个环境的影响，如果人类要想生存这是一条必须现在就要学会运用的生态学法则。弥勒的生态学法则涉及的仅仅是热力学问题的一部分——环境问题。热力学法则还应涉及整个热力学系统本身，特别是人的问题。因此，热力学法则应该表述为：无论我们做什么事，都应当考虑所做的事情现在和将来对我们自己、他人、全人类、所有生物和环境的影响——即增熵问题。

第二，人对自然、对人的施加的力越多，产生的熵就越多

过去三百年人类文明建立在培根的“知识就是力量”之上。知识是为了力量，增强力量是为了扩大活动，扩大活动是为了增强人类。一般说来，现代文明提倡增长知识不是为了增长智慧，而是为了增长力量、活动、控制力、统治权和征服力。许多物理学家和技术专家都认为人类在超越自然界的同时——利用物理学成果来完成这一超越——却忘记了人类的壮举给自然带来的后果。什么是“力量”？在物理学中，力量是指单位时间内的能量转换率，热力学第二定律告诉我们，能量转换越多，产生的熵也就越多。人类对自然、人类对人类相互之间施加的力量越多，产生的摩擦和熵就越多，并且由此带来大量人类难以解决的问题。今天的环境、社会、政治和经济的紊乱都是由于人类对自然、人类彼此之一个人对另一个人，一个政治团体对另一个政治团体，一个经济制度对另一个经济制度，一个国家对另一个国家，以及一个意识形态对另一个意识形态群体施加力量的结果。必须承认，我们已经积累了相当的技术能力，而且我们的技术能力使用得越多制造的混乱就越多。

第三，熵定律只关心熵的增加

     我们不能在处于一个对科学无知的状态，因为科学的应用已经深深影响了我们的生活。因此那些科学定律应当作为重点传授给普通公众。随着我们的社会经济体系的无序水平的持续上升熵定律只会对经济学的意义更加重大，而且随着时间的消逝和熵的增加无序的概念变得更有参考价值。

科学是怎样解决能源短缺的呢？很明显，要通过技术。必须要研发出一项技术——通过一个过程——才能把质量转换成能量。严格地说，这是核工业所要做的。之后带来的是核技术的无序（熵）——核废物、核辐射和核反应堆意外事故。科学如何解决环境退化的问题？依旧还得通过技术。如气候变暖的问题。我们能阻止温室效应的科技大多数是可行的。

热力学第二定律就像一个头脑楄狭的人。它只注意一个数量——熵，并且确保这个数量在所有的过程中一直增长，而对于科技的特殊目的，它却漠不关心。结果，无论计算机是被用于教育、计算、信息传递或军事目的，第二定律都只确认我们热力系统中无序的增加。无论发射卫星是为了监视臭氧层的减少、通讯或侦察他国，我们环境中的熵都会增加。如果我们都能分享这一基本科学知识：所有的过程和技术都增熵——与热力学第二定律相符——并把这一知识始终如一地应用到我们的一切活动中，那么我们将会拥有探讨和解决现代生活中的问题的共同基础。

第四，让熵成为我们日常用语的一部分

由于某些原因，我们很难从报纸、杂志或书籍中看到熵的概念，而且一旦看到了，我们很少用它来解释我们热力学系统中正在增长的无序。在高熵的环境里，我们要重在科学概念的教育而不是正在大量涌现的科学事实的教育。因为能量和熵的概念是与热力学第一和第二定律有关的概念，它们支配着所有自然过程，所以，它不仅适合科研人员、小孩和理科学生，它们还适合于我们所有的人——农民、教育工作者、商业管理者、环保主义者、经济学家、技术专家、政策制定者、生态学家、哲学家、记者、作家和电影制作者。既然认识E=mc2这一公式很重要，那么弄明白热力学第二定律就更重要了。热力学第二定律非常清楚地表述了，当某一物质通过核反应过程放出能量时，热力学系统的熵——测量该系统无序程度的单位——就会不可逆的增长，其他所有过程，无论是铝变成啤酒罐还是铜变为微芯片过程也都如此。

在我们的日常语言中，我们用“能量”这个词而不用“熵”。在书本和杂志文章里，特别涉及环境问题时，通常用“污染”这个词而不用“熵”。热力学第二定律的专家理解熵的含义是：所有的过程和活动都产生熵。文学作品中对熵实质性意义的描述其他名词和短语包括无序、废物、复杂性、外部因素、副作用、间接作用、隐性花费以及无意识后果。从一个国家来看，热力学喻示着死亡和无条件服从。拯救地球要靠技术专家也要靠所有在地球上生存的人。毫无疑问，我们能不断地制造出先进机器，但机器不能拯救我们，相反，必须由我们来拯救它们。

随着全世界对热力学法则特别是对热力学第二定律了解的人越来越多，我们中更多的人将意识到无序来自于正以惊人的速度增长的社会经济、科学和文化活动。由此，我们时刻要有熵的意识，使熵概念成为我们日常生活语言不可分割的一部分。因为热力学起源于热和热力发动机的研究，热力学这个名词给人印象是它仅仅适用热力发动机，与自然界中其他任何事物没有关系，因此还没有受到人们的普遍关注。然而现在把热力学第一、第二定律看做是两个自然戒律、法则、规律的时代已经到来。如果我们从孩提时代开始就懂得，所有过程都会增加我们环境中的无序，我们所有的活动都促成无序的话，我们毕生都应该注意我们的行动将导致的结果。

第五，热力学要与知识统一起来

教育工作者感到知识和高等教育领域中无序的增加已经达到了一个非常水平。大学里某一部门缺乏整体性不可避免地给其他部门造成了困扰。学生进入大学，他们会碰到五花八门、相互没有丝毫联系的院系和课程。这些课程相互竞争，相互矛盾，而人们却并没有意识到课程设置本身的问题。毋容置疑，人类的知识处于一种分解和扩散的状态：它的无序——熵——高的惊人。

第六，能量和熵是一切学科的基础

赫胥黎提出多学科统一、集成，共同致力于与日俱增的现代生活问题的设想。随着各学科相互渗透，学科之间出现：似是而非、对立、矛盾、不协调的混乱，科学家、工程师、政治学者、经济学家和哲学家的汇集制造“分化”多于“统一”，带来的熵更多。多学科集成可以解决各个学科的问题和现代生活的诸多问题。但是多学科将带来更多的混乱和无序，已经很高的知识熵将更加充分地展开。要减少知识熵和知识混乱，需要我们做的恰恰是与上述相反的事情。我们不要试图根据我们提出的每个想法去分析每个现象和问题——这是一种高熵活动；相反，我们需要做的是找出一些共同和具有普遍意义的概念，例如能量和熵，并且使其在所有的学科通用。这样我们就有了共同的基础。

第七，量子论建立在热力学不可逆的基础上

热力学经历了量子革命。量子论不仅没有动摇热力学的根基，反而在解释和测量不可逆过程时得到了热力学的帮助。热力学的不可逆概念完整体融入了量子论。实际上，发生在自然的每一过程，包括量子力学过程，都渗透了热力学和热力学不可逆的特性。因为能量和熵是所有自然过程——包括人类活动在内——的基础，所以我们能在许多学科中发现热力学现象和热力学规律。又因为热从它的最初次产生起它就存在于我们的世界，热无处不在，所以热（温度）是一个重要的状态参量，只要我们的体温升或降几度，我们总能感觉到，体温太高或太低都可能导致死亡。环境的温度，特别是生物系统的温度，也是一个重要的参量。今天，为社会许多人关注的地球正在变暖问题，部分原因是由于大量温室气体的散发和热带雨林的破坏。

普朗克说在微观世界，能量只能以离散的状态存在。这与经典物理学认为能量是连续的观点相左。能量被“量子化”开创了一个物理学的新时代。量子力学大大推动了科学技术的发展，特别是微电子学。然而，量子力学的平衡过程是可逆的。我们不能通过量子力学、相对论或核物理学总结出我们的人生观或世界观。因为如果把自然过程作为一个可逆平衡的过程，会产生一种错觉：自然过程中一个人既可以变老，然后又可变年轻。热力学第二定律告诉我们这是不可能的，它还告诉我们：我们对环境、生态系统和经济所作的一切也是不可逆、不可能再恢复的。

第八，宇宙热力学发展过程

特纳提议用宇宙的发展过程做一教育体系的模型。最初宇宙带有大量的热，通常处于10的32次幂度C，那时只有几条物理学基本定律出现，没有化学，因为在3000度C以上的条件下，不可能产生化学反应。经过几百万年后， 宇宙完全冷却下来，使稳定的原子得以形成，化学开始露头。生物学则因需要比化学更低的温度，所以还需要等待更长的时间。人类在宇宙中出现最晚，所以所有人文科学，从人类学到动物学、政治学和经济学仅有几百年的历史。由此，所有生物学过程服从生物学定律；生物学定律服从化学定律；化学定律服从物理学定律；而物理学定律必须用数学来解释。

第九，热力学的人生哲学

我们可以运用热力学观点总结出一套实用的人生哲学。热力学法则告诉我们，以高生产率、消费率和报废率为基础的生活方式是一种高熵的生活方式。生活中我们使用的化学物品和科技越多，对自然施加的压力越大，那么，在我们的环境中产生的无序就越多；反过来，这些无序又将给人类制造出各种各样的问题。总之，我们需要新一代人，以对热力学 的共同理解，同心协力解决人类面临的难题，热力学之钟正永远滴答、滴答往前走着，不可逆转！

劳动者2017年3月10日