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《熵》出版于1980年，赫尔曼o哈肯《协同学》完稿于1981年，以他专业精神，应当翻过《熵》一书，这段话可以看作他的回应：“结构形成的过程似乎不可避免地朝某一方向前进，但并非循着热力学规律所预言的那种方向，甚至也并非循着无序性不断增长的方向。”（《协同学》P8）
　　如今，《熵》的原著在美国早已绝版，里夫金（Jeremy Rifkin）近年来致力于全盘否定生物技术的发展，在其简介中甚至不好意思把这本书列入。但《熵》的节选却被选入高中《语文》第六册，继续误导着中国中学生；北大哲学系的田松博士，也一再拿里夫金当权威。中国的教育界与学术界，就是这个样子。

上海译文的黄皮书“当代学术思潮译丛”系列，1987年有两本书轰动一时，一本是美国 里夫金、霍华德 合著的《熵：一种新的世界观》，一本是比利时 伊o普里戈金与法国 伊o斯唐热 合著的《从混沌到有序——人与自然的新对话》。
　　《从混沌到有序》中提出了“耗散结构理论”，普里戈津(I．Prigogine)因此获得了1977年诺贝尔化学奖。几乎同时，德国赫尔曼o哈肯(H．Haken)提出了从研究对象到方法都与耗散结构相似的“协同学”(Syneraetics)，却只得了一个小奖（1981年美国富兰克林研究院迈克尔逊奖）。赫尔曼o哈肯《协同学》初版于1981年，直到前几年才有了汉译本。

就整个宇宙而言，熵真的是在增加吗?---不是，从混沌到形成有结构的星系等，熵减。原因在于宇宙在不断膨胀，有能量交换，并不是封闭系统
宇宙也许本身就是一个整体，它还在膨胀？按你所言还有能量输入（从哪里输入？宇宙不是存在的全体么） 既然质量可以转化成能量，还担心有用的能量不够用吗？
没有细究过，但据说量子有超距传播效应，（能量等瞬间交换传递），质量or力只是时空弯曲，真空是亚原子的激情海、风暴洋，现代物理的公式里没有了力的概念，时间和空间是最基本的最真实的物理概念么，能量和功只是对物理实在一个很粗糙和局限的理论建模。。。。现有的理论很可能残缺粗泛，局促，不足以得出某些悲观的预言

熵增的原理解释更为复杂现象，有点生硬。这里少了几个两字。
　- 没有考虑生长二字。
树汲取无序的能量生长，还能阻挡无序的风。
　- 没有转化。
废≠无，条件适合可以转化。
　- 没有文明。
人口的增加VS动物的减少，是否可以抵消熵增？

《宇宙的最后三分钟》

（一）

信息处理的一个特征是要消耗能量。我现在在打印这本书所用的文字处理机必须与电源相连接，理由就在这里。每条信息消耗的能量与热力学因素有关。当处理机的工作温度与环境温度相仿时消耗最小。人的大脑和大多数计算机的工作效率是很低的，它们要消耗大量额外的热能。

例如，人脑产生出相当大一部分体热，而许多计算机需要专门的冷却系统来保护它们不被熔毁。这种余热的起因可以追究到作为信息处理基础的实际逻辑线路，后者对于清除信息是必不可少的。例如，要是有一台计算机在执行 1＋2＝3 的计算，这时两条输入信息（1 和 2）被一条输出信息（3）所置换。

一旦计算完成，计算机也许会把输入信息清除掉，其结果是一条信息取代两条信息。事实上，为防止存储器堆满信息，计算机不得不随时清除掉这种多余的信息。清除过程按定义是不可逆的，因此就牵涉到熵的增加。

因此，基于这个最基本的理由，信息的收集和处理由于它们活动的结果，看来必然会按不可逆的方式把可供利用的能量消耗殆尽，并使宇宙的熵增加。

戴森认真地考虑了下述情形，也就是仅仅出于对某智慧生物社会需要以一定速率消耗能量的前提假定的考虑，则在宇宙朝热寂状态冷却的过程中它们所面临的问题。第一个约束是这种生物的温度必须比他们所处环境的温度更高，否则余热不会从他们身上向外流出。

其次，物理系统向周围环境辐射能量的速率受物理定律的限制。很明显，如果这种生物产生余热的速度要比排除余热来得快，那么它们是不能长期工作的。这种生物必然要消耗能量，而上述要求对能量消耗的速率规定了某个下限。

因此，一个最基本的要求是必须存在某种自然能源，以补充这种为维持生命所必须的热外流。戴森的结论是，所有这类能源在宇宙遥远的未来注定会越来越少，因而所有的智慧生物最终还是要面临能量危机。

现在有两种延长智慧生物寿命的方法。一是应当尽可能长地活下去，另外是要加快思考问题和取得经验的速度。戴森作了一个合理的假设，即智慧生物对时间流逝的主观感受取决于他们处理信息的速率：处理的机制运行得越快，每单位时间内这种生物的思维和知觉就越多，时间也好像过得越快。

罗伯特·福雷沃德（Robert Foreword）在他的科幻小说《龙蛋》 （Dragon’s Egg）中，以引人入胜的手法运用了这个假设。

它讲的是生活在中子星表面上的某个有理智生物社会的故事。这些生物是靠核过程而不是化学过程来维持他们的生存。由于核相互作用要比化学相互作用快几千倍，中子星生物对信息的处理速度也就快得多。

人类时标的 1 分钟等价于他们的许多年。这种中子星社会在同人类第一次接触时是相当原始的，但每一分钟它都在发展，很快便超过人类社会。

（二）

遗憾的是，采用这种策略作为在遥远将来生存下去的手段有一个缺陷：信息处理得越快，能量消耗速率也越大，因而可利用能源耗尽得也越快。你也许以为这必然会导致我们后裔未日的来临，不管他们采取何种形体也无法避免。

但情况并非一定如此。戴森已经指出，可以有某种巧妙的折衷方案，使这个社会逐渐减慢它的活动速率，以做到与宇宙的衰退相匹配。一条途径是使这种社会进入体眠状态，以不断增加时间长度。

在每个休眠阶段中，从前一个活动阶段的努力得来的热可以慢慢地加以消耗，而有用的能量就累积起来，以便在下一个活动阶段中予以利用。采用这一策略意味着这种生物的主观感受时间在实际流逝时间中所占的比例越来越小，因为这种社会的休眠期总是变得越来越长。但是，我曾强调指出过，永久之长，长不可测，我们不得不与相反的两个极限作斗争：资源趋于零而时间趋于无穷。

戴森对这两个极限作了简单的研究后指出，即使总的资源有限，总的主观时间也可以为无限。

他引用了一项令人大吃一惊的统计结果：人口水平与今天人类社会相当的某个生物社会，只需 6×1030 焦耳的总能量就可永远维持下去，而这仅仅是太阳在 8 小时内的能量输出！但是，真正的永垂不朽要比对处理无穷多信息的能力的要求更高。

如果一个人的大脑状态的数目有限，那么他只能思考有限数目的不同思维。如果永远维持这种情况，则意味着翻来覆去地重复相同的思维。这样一种生存方式看来是毫无意义的，就同注定要灭亡的物种所处的情况一样。要避开这条死胡同，这个社会或单个超人必须在尺度上永远不断地扩大。这对非常遥远的未来提出了严峻的挑战，因为物质的消散将比物质能被收罗来作为大脑材料来得更快。

也许一个绝望然而却很聪明的人会企图利用那些难以捉摸却又永恒存在的宇宙中微子去扩大他的智力活动范围。戴森所作的许多讨论，以及对遥远未来智慧生物命运的绝大多数推测，实际上是假定这些生物的精神活动过程始终归结为某种数字计算过程，毫无疑问，数字计算机是一种有限状态的机器，因此它所能达到的状态数有着严格的极限。

但是，还有另外一种称为模拟计算机的系统。计算尺就是这类系统的一个简单例子。连续调节滑尺就可进行计算，而在理想化情况下，这可以有无限多种状态。

因此，模拟计算机便摆脱了数字计算机的某些限制，即只能贮存和处理有限数目的信息。如果仿照模拟计算机的工作方式对信息进行编码，如用物体的位置或角度来编码，那么这种计算机的能力看上去好像就没有限制了。

所以，如果某个超人可以像模拟计算机那样工作，那么他也许不仅能进行无限多个思维，而且可以进行无限多个不同的思维。

（三）

遗憾的是，我们并不知道就整体而言宇宙是像一台模拟计算机还是像一台数字计算机。量子物理学认为，即使整个宇宙归根结蒂也应当是“量子化”的，它的所有属性都表现为离散的跳变，而不是连续的变化。

不过这纯粹是推测。实际上我们也并不理解大脑的精神活动和物质活动之间的关系。也许不可能以这里所讲的方式用一些简单的物理因素把思维和经验联系起来。不论精神的本性如何，不容置疑的是，遥远未来的生物将面临最终的生态危机：一切能源为宇宙所消耗。尽管如此，通过“节衣缩食”，看来他们仍有可能达到某种永垂不朽。

按照戴森描绘的演化景象，他们的活动对宇宙的影响会越来越少，而宇宙对它们的需求则漠然置之，毫不关心。他们应当无限长地处于不活动的休眠状态，保持然而却并不增加他们的记忆力，同时几乎一点也不干扰寂静黑暗的垂死宇宙。但是，借助巧妙的组织他们仍能够进行无限多个思维，感受无限多个经验。我们还能希望什么呢？

宇宙热寂是我们时代经久不衰的神话之一。我们已经看到，罗素和其他一些人是怎样根据热力学第二定律的预言，抓住宇宙看上去必然要退化的结论来支持由无神论、虚无主义和绝望观念组成的一种哲学思想。随着对宇宙学理解的深化，我们今天能够描绘出一幅多少有所不同的图象。或许宇宙正在逐渐衰退，但它不会消亡。热力学第二定律肯定适用，但它不一定会妨碍文明的永垂不朽。

事实上，也许情况甚至并不会像戴森描绘的那么糟。迄今为止，我一直假定宇宙在膨胀和冷却时或多或少会保持均匀性，但这可能并不正确。引力是许多不稳定性的根源，而且今天我们所见到的宇宙的大尺度均匀性在遥远的将来会被某种较为复杂的结构所取代。

例如，膨胀速度在不同方向上的微小差别可能会被放大。巨黑洞也许会因它们相互间的引力战胜宇宙膨胀的弥散效应而集聚成团。这将导致一场奇特的争斗。请记住黑洞越小则越热，蒸发得也越快。如果两个黑洞并合在一起，所生成的黑洞就变大，因而温度就会下降，而蒸发过程将大为减慢。凡是谈及宇宙遥远的未来，关键问题在于黑洞并合的速率是否足以跟得上黑洞的蒸发速率。

如果跟得上，那么总会有一些黑洞始终存在，它们可以通过霍金辐射提供有用的能源，为人类社会所开发提取，以维持他们的生活而无需休眠。

物理学家唐·佩奇（DOn Page）和兰德尔·麦基（Ran-dall Mckee）的计算表明，这场争斗就像在走钢丝，关键问题取决于宇宙在不断衰退的过程中膨胀速度究竟有多大。

但是，在某些模型中，并合的确最终取得了胜利。

（四）

戴森还忽略了这样一种可能性，即我们的后裔自身会尽力修正宇宙的大尺度结构，以使他们能一直生存下去。约翰·巴罗（John Barrow）和弗兰克·蒂普勒 （Frank Tipler）曾考虑过一些方法，由此一个高度发达的技术社会也许能稍稍调整恒星的运动，以便巧妙地造成某种对他们自己有利的特定的引力安排。例如，可以利用核武器给小行星的轨道以少量的摄动，于是来自行星的一次弹射式推动能使它撞向太阳。

碰撞产生的动量会使太阳在银河系里的轨道发生极其微小的变化。尽管这种效应很小，但具有累积性：太阳走得愈远，偏差便愈大。

假如要使太阳向另一颗恒星接近，那么经过许多光年的距离后，这种偏差就能导致具有决定性意义的差别，使原本蜻蜒点水般的相遇发生改变，从而极大地修正了太阳在银河系内的运动轨道。通过这种方式操纵许多颗恒星，便可以创造出一些天体集团井把它们管理好，使之造福于社会。

而且，由于这一效应的放大和累积作用，可以通过这种方式来加以控制的系统的尺度就没有任何限制，只要在不同的地方轻轻地推推恒星就可以了。

要是有足够长的时间——我们的后裔肯定有充裕的支配时间——甚至整个星系都能加以调度。这种宏伟的宇宙工程将不得不同恒星和星系的天然无规则行为作斗争，因为随机运动会把天体从引力束缚团中抛离出去，从而促使系统走向瓦解，这一点在第七章中已经介绍过了。

巴罗和蒂普勒发现，通过操纵小行星来重新调整一个星系需要 1022 年， 而系统自然瓦解发生在大约 1019 年的时间内。所以，这场战斗看来大自然明显地占了上风。

另一方面，我们的后裔也许能做到控制比小行星大得多的天体。还有，自然瓦解的速率取决于天体的轨道速度。对于整个星系来说，这种速度随着宇宙的膨胀而减小。轨道速度慢了，人工操纵的过程也会放慢，但这两种效应不会以相同的速率减小。

看来，随着时间的推移，自然瓦解的速率也许会比工程社会能对宇宙作出重新安排的速率来得低。

这样就出现了一种十分有趣的可能性，即随着时间的推移，宇宙中的资源越来越少，而智慧生物却越来越能做到对宇宙加以控制，一直到整个自然界基本上实现“技术化”，而那时自然与人为两者之间的区别应当就不复存在了。

（五）

戴森的一个关键性假设是，思维过程不可避免地要消耗能量。人类的思维过程肯定如此，而且迄今都假定任何形式的信息处理必须付出最小的热力学代价。令人惊奇的是，严格说来这个假设并不正确。

国际商用机器公司（1BM）的计算机专家查尔斯·贝内特（Charles Bennett）和罗尔夫·兰道尔（Rolf Landauer）已经证明，可逆计算原则上说是可能的。

这意味着某些物理系统（就目前而言这完全是假设性的）可以无消耗地处理信息。这就为想象有这样一种系统提供了可能性，该系统能进行无限量的思维而无需供给任何能量！

我们并不清楚这种系统能否收集并处理信息，因为从周围环境中获取任何有用的信息似乎总要涉及到这种或那种形式的能量消耗，哪怕只是从噪声中提取信号都应如此。所以，这类无所需求的生物可以对它周围的世界没有任何感觉。但是，它能记住宇宙是什么，说不定它还能做梦。
有关宇宙垂死的形象已经使科学家们困惑了一个多世纪。

我们生活在一个因嫡的挥霍而逐渐退化的宇宙之中，这种假设乃是科学民间传说的一部分。但是，这一假设的可靠程度如何呢？我们能否肯定所有的物理过程必然使我们走向混饨和衰退呢？

生物学的情况又如何呢？从某些生物学家为捍卫达尔文进化论所采取的极端辩护方式中，我们可以有所启发。我相信，引起他们这种反应的原因是，对一种显然是建设性的过程抱有格格不入的抵触情绪，而这一过程又是由本质上应该起破坏作用的一些物理作用所推动的。

地球上的生命起源于某种粘稠的原始原生质。今天的生物圈是一个复杂繁荣的生态系统，一种由各种各样极为复杂的有机体组成的网络，而这些有机体之间又在发生微妙的相互作用。这好像是一种进步。

但是，多数生物学家表现为急于否认曾经发生过任何进步。他们声称，采用这样一种说法只不过是按人类的标准来渲染进化论的变化：一种人类也许被另一种人类判定为在某种意义上优于细菌，但这纯粹是主观意志。使这些生物学家惶惶不安（我相信这种惊慌是有某种正当理由）的是担心人类会倒退到达尔文之前的目的论的思维方式，即倒退到自我信仰的轨道上去。

这种自我信仰认为，我们人类处于进步阶梯的顶端，它代表了上帝刻意安排的某种过程的顶峰，而人类便是这一过程所预期的最终产物。这种思维方式早就名誉扫地，而为了同堕落到这种思维方式的行为作斗争，许多生物学家毫无保留地放弃了所有与进步有关的术语。他们声称不存在任何的阶梯，进化没有变得越来越复杂，特别是进化论的发展根本不存在方向性。

所存在的只是随机性和无规则行为。
英国科学评论家和幽默作家拉尔夫·埃斯特林 （RalphEs-tling）曾经写道：只有高级生命才会否认过去 30 亿年中生命一直在进步。

对一名物理学家以及对大多数普通人来说，有一点看来是很明显的，那就是今天生物圈的状态与 30 亿年前有着天壤之别。 问题是应该更为准确地来说明这种差别有什么特征。

(六）

前面关于生存问题的讨论焦点在于信息（或有序）与熵之间的斗争，其中熵始终占据上风。但是，信息本身是我们应当关心的量吗？不管怎么说，有条不紊地努力工作，把所有可能的思维方式都理一遍，这种做法实在令人不敢问津，差不多就像要你读一本电话簿一样。值得考虑的无疑是经验的质，或者说得更通俗一些，是有待收集和利用的信息的质（而不是量）。

就我们所知，宇宙的最初状态根本无特征可言。随着岁月的流逝，出现了我们今天所见到的形形色色而又丰富多采的各种物理系统。因此，宇宙的历史就是复杂结构的组织和成长史。这看上去好像是一种佯谬。我最初曾经解释过，热力学第二定律告诉我们宇宙正在走向死亡，它不可避免地要从初始的低熵状态不知不觉地走向最终的最大熵状态，而且毫无前途可言。那么，事情正在变得更好还是变得更糟呢？

事实上不存在任何佯谬，因为结构复杂性与熵不是一回事。熵，或者说无序，是信息即有序的反义词：你处理的信息越多，或者说产生出越多的有序，那么所付出的熵的代价就越大，这里的有序意味着另外某个地方的无序。这就是第二定律，熵总是赢家。

但是，结构和复杂性并不仅仅是有序和信息。它们只与某些类型的有序或信息有关。举个例子来说，我们清楚地认识细菌和晶体之间的重要差别。这两者都是有序的，但方式却不同。晶体点阵表现出严密的均匀结构；这种结构是很漂亮的，然而却显得呆板，实际上多看便令人生厌。相反，细菌的构造安排得非常精巧，它会使人产生浓厚的兴趣。

这些看上去好像只是主观上的判断，但利用数学可以使之更具说服力。近年来开创了一个全新的研究领域，它的目标是使结构复杂性这类概念定量化，并力图为结构建立起与现有物理定律有同等地位的一些普适性原理。这一领域现在仍处于摇篮时期，但已经对许多关于有序和混饨的传统假设提出了挑战。

（七）

在《宇宙蓝图》（The Cosmic Blueprint）一书中，我曾经提出有一条“复杂性增加定律”对宇宙是适用的。它应当与热力学第二定律处于同等的地位。

这两条定律之间不存在任何不相容性。实际上，对一个物理系统来说，结构复杂性的增加是以熵为代价的。

例如，在生物进化的过程中，在一种更为复杂的新有机体出现之前，必然要发生许多破坏性的物理过程和生物过程 （例如非适应性突变体的过早死亡）。

即使一片雪花的形成产生的余热，也会使宇宙的熵增加。但是，我们已经作过解释，这里不存在任何直接的替换关系，因为结构并不是熵的反义词。我非常高兴地看到，许多研究者已经得出类似的结论，并正努力使复杂性 “第二定律” 公式化。

我可以推荐米切尔· 沃尔德鲁普 （MiicheII Waldrup）所著的 《复杂性》 （Complexity）一书来作为对这类研究进展的绝妙的总结。

虽然复杂性定律与热力学第二定律并不矛盾，但它对宇宙变化的解释却大为不同，它所描述的宇宙正在进步，从基本上无特征的初始状态，发展到结构越来越复杂，越来越精巧。

复杂性第二定律正在不断完善之中，它对宇宙的结局有着深远的意义。如果结构复杂性不是熵的对立物，那么尽管宇宙中负熵的贮存有限，也不需要对复杂性程度加以限制。

因复杂性的增加而付出的熵的代价也许完全是附带的，而不是基本的；纯有序化或者进行信息处理正是这种情况。如果是这样的话，那么我们的后裔也许有能力达到结构不断地变得越来越复杂的那种状态，而同时却没有对不断减少的资源造成浪费。尽管他们处理信息的数量也许会受到限制，但就他们的智力活动和体力活动的丰富程度和性质而言，也许并不存在任何的限制。

在本章以及前面一章中，我一直试图简要他说明宇宙正在缓慢地衰退，但也许永远不会完全把精力消耗殆尽；这也就是要说明那些稀奇古怪的幻想出来的生物为了维持生存而尽力减少不必要的额外开支——这种开支总是越积越多而给他们造成了困难，并借以考察他们为对付热力学第二定律不可避免的逻辑结局所表现的聪明才智。他们不顾一切地为生存下去进行着一场并非完全绝望的斗争，这种场面也许会使某些读者感到兴奋，而另外一些读者可能会对此忧心忡忡。我本人则是两种情绪兼而有之。

但是，全部推测的基础是假设宇宙将会永远不断地膨胀下去。我们已经知道为什么这只是宇宙的一种可能的命运。如果这种膨胀的减速能足够快，那么有一天宇宙也许会停止膨胀，并开始朝一场大危机收缩。那时，生存下去的希望又是什么呢？

真正的垃圾文章

方舟子

上个世纪80年代我在国内读大学的时候，和现在许多大学生一样，也可算是个“愤青”，喜欢读一些愤世嫉俗的著作。

当时有两本内容很有点耸人听闻的“环保”著作让我印象很深刻：罗马俱乐部的《增长的极限》和里夫金的《熵：一种新的世界观》。

前者用数学模型，后者以“热力学第二定律”为据，都断言科学技术的发展只能加速地球资源的枯竭和人类社会的崩溃，拯救的办法是维持“零增长”以苟延残喘。这种悲观论调很吸引人的眼球，乍看也很有道理，但却经不起时间的检验和仔细的推敲。

《增长的极限》中关于重要资源将在20世纪末枯竭的预言已成为笑柄，现在恐怕连作者都不相信人类末日将在2100年到来了。

而《熵：一种新的世界观》则不过是对热力学第二定律的歪曲和篡改，从理论上就站不住脚。当然，这种矫枉过正的书对人们增强忧患意识是有一定的作用的，读一读也无妨，只是读的时候要留个心眼，切不可全盘接受其说法，更不要因此变成极端“环保主义者”而掉入反科学的泥坑。

《熵：一种新的世界观》的原著（1980年出版）在美国早已绝版，里夫金（Jeremy Rifkin）近年来致力于全盘否定生物技术的发展，在其简介中甚至不好意思把这本书列入。

但正所谓墙里开花墙外香，这本书自从1987年被译介到中国来，其声名在中国就长盛不衰，它介绍“热力学第二定律”的部分甚至做为课文被选入高中《语文》第六册，去误导没有学过真正的热力学第二定律的中学生。北京大学哲学系讲师田松博士近来在宣扬其反科学、反教育的论调时，也一再拿里夫金当权威依据。例如，田松博士在《中华读书报》2004年6月23日发表《未来的世界是垃圾做的》一文，声称地球的命运就是成为一个大垃圾堆，科学技术的进步不仅不能解决垃圾问题，反而只是加速这个世界末日的到来：“垃圾问题，将会超出能源问题，成为未来世界最主要的问题。

即使能源危机能够解决，垃圾问题仍然无法解决。因为输入越强大的能量，会产生越多的垃圾。我相信，未来的大规模战争，将不是为了到别的地方抢什么东西回来，而是要把垃圾送出去。在我悲观的眼睛看来，人类加速度的现代化步伐，只是使世界更快地铺满垃圾。”他的全部依据也是所谓“热力学第二定律”，而且是里夫金的“热力学第二定律”：“当然，在我们目前的大众语境中，人们普遍相信垃圾处理场的作用。似乎只要建好处理场，就可以解决垃圾问题，甚至变废为宝。然而，按照《熵》的作者里夫金对热力学第二定律的表述：能量总是从能用的变成不能用的，物质总是从可用的变成不可用的。

在全球化的物资和能量转化链中，低熵状态的原始森林、矿藏、天然水体，最终必然变成高熵状态的垃圾场。垃圾，是一切物资和能量无可逃脱的宿命。”“对此，大部分人仍然乐观：等到将来，科学发展了，这些填埋的垃圾还是可以再回收利用的。然而，这个幻想违背了热力学第二定律。”

物理学上有这样的“热力学第二定律”吗？没有。热力学第二定律有多种表述方式，与此有关的一种表述方式是所谓“孤立系统熵增原理”，即认为在孤立系统内实际发生的过程，总是使整个系统的熵的数值增大，也可以通俗地说成是总是使可用的物质变成不可用的物质或垃圾。

但是这里的前提是“孤立系统”，而地球并不是一个孤立系统，而是一个开放系统，从外界（太阳）吸取了大量的能量。而只要有外界能量的输入，就可以使整个系统的熵值减小，让垃圾转变成可用的物质。可见田松所谓“输入越强大的能量，会产生越多的垃圾”的说法，不仅不是依据热力学第二定律得出的，而是从根本上违背热力学第二定律的。

里夫金是学文科出身，曾在宾州大学获得经济学学位和在塔夫茨大学获得国际事务学位，很可能没有学过普通物理学，所掌握的物理学知识最多也就是所谓“民间科学家”的水平，他误解、歪曲热力学第二定律，并不奇怪。

但是，田松博士号称是物理学硕士出身，当过物理教师，却也对热力学第二定律一窍不通，把他所鄙视的“民间科学家”对物理学所发的贻笑大方的高论当成权威依据，就很奇怪了。里夫金在中国虽然名头很大，在美国学术界却被认为是伪学者。美国著名生物学家斯蒂芬?杰?古尔德曾经如此评论说，里夫金的著作是“很聪明地拼凑起来的冒充学术的反智宣传。

”“通过分析他草率的学术作风和对科学的根本误解，我想我能够显示，他所描绘的世界是虚构出来的，是被捏造出来用以证明其本人的私下愿望的。”“里夫金的所作所为表明他对科学规范和科学步骤一无所知：他对什么是科学以及科学是如何运作的都几乎一点也不懂。”古尔德对里夫金的评价，用于像田松这样的中国反科学文化人身上，也非常恰当，只是他们没有里夫金的那份聪明劲儿而已。

这个世界当然总是会产生垃圾的，如何减少、处理以及利用垃圾也一直是人类面临的一个难题。但是这并不意味着地球在未来（在太阳消亡之前）必定会成为一个垃圾堆。正如我们读到了田松的垃圾文章，大可不必就根据里夫金－田松“热力学第二定律”预言类似的垃圾文章会越来越多，最终天下文章都会是垃圾。

熵的社会学意义

作者： 阮一峰

1.
上周，我读完了《熵：一种新的世界观》。
总体上，我不推荐这本书。因为作者是两个经济学家，他们写了一本物理学的书！

正如经济学家所擅长的，书中充满了夸大偏颇的描写，以及片面的和逻辑不严密的论证。而且这本书（英文版）出版于1980年，内容不是很新。
但是，我不得不说，他们的结论说动了我：从熵的角度看，如果不改变发展模式，人类无法继续发展。我还发现，熵是一种解释力极强的理论，许多现象都可以用熵来解释，看上去非常合理。
下面我就来解释，什么是熵，以及为什么它会影响人类社会的发展。
2.
根据热力学第一定律，能量是守恒的，可以互相转化（比如机械能转化为电能），而不会消失。

热力学第二定律进一步指出，虽然能量可以转化，但是无法100%利用。在转化过程中，总是有一部分能量会被浪费掉。比如，汽油含有的能量可以转化成发动机的能量，但是会伴随产生大量的热能和废气。即使科技再发达，也无法将被浪费的能量减小至零。

写成公式就是：
　　能量的总和 = 有效能量 + 无效能量
"有效能量"指的是，可以被利用的能量；"无效能量"指的是，无法再利用的能量，又称为熵。所以，熵就是系统中的无效能量。
考虑到宇宙的能量总和是一个常量，而每一次能量转化，必然有一部分"有效能量"变成"无效能量"（即"熵"），因此不难推论，有效能量越来越少，无效能量越来越多。直到有一天，所有的有效能量都变成无效能量，那时将不再有任何能量转化，这就叫宇宙的"热寂"（Heat Death）。所以，热力学第二定律的一个重要推论就是：熵永远在增加。
3.
热力学第二定律只是定义了"熵"，没有解释"熵"的产生原因：为什么总是有一部分能量无法再利用？
1877年，奥地利物理学家玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）对"熵"做出了令人信服的解释。

他认为，任何粒子的常态都是随机运动，也就是"无序运动"，如果让粒子呈现"有序化"，必须耗费能量。所以，能量可以被看作"有序化"的一种度量。热力学第二定律实际上是说，当一种形式的"有序化"转化为另一种形式的"有序化"，必然伴随产生某种"无序化"。一旦能量以"无序化"的形式存在，就无法再利用了，除非从外界输入新的能量，让无序状态重新变成有序状态。
"熵"就是"无序化"的度量。考虑到"无序化"代表着混乱（实质是随机运动），可以得到三个重要结论：
　　结论1：如果没有外部能量输入，封闭系统趋向越来越混乱（熵越来越大）。比如，如果房间无人打扫，不可能越来越干净（有序化），只可能越来越乱（无序化）。
　　结论2：如果要让一个系统变得更有序，必须有外部能量的输入。
　　结论3：当一个系统（或部分）变得更加有序，必然有另一个系统（或部分）变得更加无序，而且"无序"的增加程度将超过"有序"的增加程度。
4.
上面三个结论在物理学上是很明显的。假设一杯冰水，如果没有外部能量输入，在常温下冰块将会融化（结论1）；要让它变得更冰，必须有外部能量的输入（结论2）；当它变得更冰的同时，周围的温度一定会升高（结论3）。

如果社会现象也符合热力学定律（我认为是的），那么就可以用这三个结论来推断社会现象。
如果没有能量输入，人类社会将变得越来越混乱（结论1）；人类社会要变得更进步（有序化），必须要有能量输入（结论2）；这种"能量输入"最好来自地球以外（比如太阳能）。如果只是使用地球上的能源，必然意味着在人类社会变得更有序的同时，地球的某个部分将变得更无序（结论３）。
于是，问题的关键就是，人类是否能找到足够的能源？
5.
1804年，世界人口达到10亿；1927年，达到20亿；1974年，达到40亿；1999年，达到60亿；2011年10月31日，达到70亿。专家估计，2025年达到80亿，2045年达到90亿。

由于生活水平的提高和维持现行秩序的需要，如果人口增加1倍，所需要增加的能量将不止1倍。因此，能源的增长速度必须高于人口增长速度+经济增长速度，才可能支持人类社会现在这种发展。
麻烦的是，能源几乎肯定无法这么快地增长。太阳能，以目前的技术，大规模使用还不现实；化石能源，应该都会在本世纪内开采光；核能、水能和风能，将是未来的主要能源，但是都有各自的弊端（核废料、水坝、高昂的设备成本等等）。更要命的是，根据热力学第二定律，使用系统内的能源，必然增加系统内的熵。
这意味着，如果人类单纯依靠地球自身的能源，地球必将变成一个越来越混乱的地方。
6.
目前的种种环境问题----空气污染、水污染、冰山融化、生物灭绝----其实都可以归结为熵的增加。

就连人类心理、思维、价值观上的混乱，也可以归结为熵的增加。比如，计算机系统是高度有序的系统，维持计算机系统的秩序，需要大量人类思维的输入。根据热力学第二定律，计算机系统越有序，对应的人类思维就越无序。这解释了为什么世界上一些最好的科学家和程序员，在世人眼里，都有点不太正常，甚至行为混乱。这还解释了，为什么工业时代和信息时代的到来，伴随着人类的心理和精神疾病患者激增。
一句话，除非减少能源消耗和降低人口，否则人类没有未来。
7.
附录：《熵：一种新的世界观》的摘录
　　- 热力学第二定律告诉我们，物质与能量只能沿着一个方向转换，即从可利用到不可利用，从有效到无效，从有秩序到无秩序。热力学第二定律实质上就是说宇宙万物从一定的价值与结构开始，不可挽回地朝着混乱与荒废发展。
　　- 热力学的两个定律可以用一句简短的句子来表达： 宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。
　　- 熵是不能再被转化作功的能量的总和的测定单位。
　　- 能量只能沿着一个方向----即耗散的方向----转化，那么污染就是熵的同义词。
　　- 世界的熵（即无效能量的总和）总是趋向最大的量的。
　　- 在一个封闭的系统里，物质的熵最终将达到最大值。
　　- 当熵处于最小值，即能量集中程度最高、有效能量处于最大值时，那么整个系统也处于最有序的状态。 相反，熵为最大值、有效能量完全耗散的状态，也就是混乱度最大的状态。
　　- 如果没有外界作用，那么物体是不会自动趋于井 井有条的状态的，每个打扫过房间或在办公室工作过的人都知道，如果东西不加收拾，那么 它们就会越来越乱。而要使物体重新归于秩序那就又要进一步花费能量。
　　- 我们应该强调某处发生的熵的逆转，都必须以周围环境的总熵的增加为代价。这是因为每发 生一件事情总会有一定能量被耗散，并不能再被利用了。
　　- 每次在一定地点由人力或机器造成的熵的减少都伴随着周围环境熵的更大增值，从而保持了熵的总值的必要增加。
　　- 大爆炸学说符合热力学第一和第二定律，它声称宇宙是以有序的状态开始，并从此不断地向无序的状态发展。宇宙的熵最终必然达到最大值，热寂必然会到来，那时所有的有用能量已被消耗一空，宇宙中再也不会有任何变化发生。宇宙的热寂相当于永恒的宁静。
　　- 时间体现了能量从集中状态到耗散状态，从有序状态到混乱状态的 变化。如果熵的过程是可以逆转的，那么过去发生的一切都可以挽回。
　　- 能量本身永远从有效状态转化为无效状态。
　　- 我们的朋友一个个衰老死亡。我们坐在火堆旁，看着火苗慢慢燃尽，只留下灰白色的灰烬。我们历经沧桑变迁，而这个经历就是熵定律的展开。这就是不可逆转的能量耗散过程。
　　- 每当发生任何事情，世界上的能量就有一次耗散，熵的总值就有一次增加。说时光就要流逝完就是说世界的有效能量将要告罄。
　　- 世界上的能量消耗越快，可能发生的事情剩下的也就越少，世界上所剩下的时间也就相应地越来越少了。
　　- 当世界达到最大熵状态，再无更多能量作功的 时候，由于万物陷于一片沉寂，时间便会终止。
　　- 有机体的生长所体现的熵的微小的、局部的递减， 都伴随着宇宙总熵的更大范围的递增。
　　- 所有东西将是以某种原材料（有效能量）开始， 而最后又将以废物（无效能量）而告终。
　　- 能源是人类文化的基础，正如它是生命之本一样。因此每个社会的权力最终归于那些掌握了转化、交换和排除能量的外部工具的社会成员。
　　- 很多人类学家早就认识到，某一特定环境的能源基础就是这个文化形成过程中的决定因素。
　　- 煤比木材更难开采、加工，因此把它转化到有用状态要耗费更多的能。
　　- 技术只不过是自然界所蕴藏的能量的转化器。
　　- 熵定律告诉我们，每当一定的有效能量被消耗掉，周围环境的混乱就会増加。现代工业社会巨大的能量流通，给我们居 住的世界带来了极大的混乱。技术现代化的进程越快，能量转化的速度也就越高，有效能量就耗散得越多，混乱程度也就越大。
　　- 我们竭力把一切活动技术化、条理化，而结果只是加快了能量转化和熵的过程。
　　- 我们越是把技术扩散到整个文化中去，整个社会就越是支离破碎，熵的增加也就越快，混乱程度也就越大。我们当代世界的危机触目惊心的道理就在这里。
　　- 我们使用的合法货币就代表着对我们以前所投入的能量的报酬。归根到底，货币只是对贮存着的能量的债权而已。工资就是对人们所作的功或所耗的能的报酬。
　　- 事与愿违， 汽车在得到广泛使用后，美国人住得距离工作地点越来越远了。40年前，大部分人是步行上班的。
　　- 城市越大，所需输入能量就越多。流进城市的能量越多，随之而来的混乱就越厉害，混乱越厉害，组织内部结构便更趋庞大以对付各种骚乱，这个过程不能被永久地维持下去。
　　- 求知过程是一种违反热力学第二定律的活动，它或者树立更严格的秩序或者发展负熵。
　　- 我们正在很快地接近矿物燃斜能源环境的极限。如果我们坐以待毙，我们就会发现，我 们根本没有剩余能源可用来渡过难关。
　　- 我们即将进入的低熵时代要求我们大幅度减少世界人口。
　　- 人类要生存，唯一的希望就是放弃对地球的掠夺，转而适应自然秩序。