Page 43 - 信息的脉络

·第一部分·
如下的观点：太阳不是地球的能量来源，而是“低熵”的来源。我们经常说的一句话：
“万物生长靠太阳”。所谓“生长”是什么意思呢？生物体不是孤立系统，而是
一个开放系统，生命过程不是那种自发地有序退化为无序的熵增加过程。恰恰相
反，它们是朝气蓬勃的、从无序走向有序的过程。我们想要维持我们生命的活力，
就需要尽量减少熵。这也是当年薛定谔研究“生命是什么”时的想法：要摆脱死亡，

要活着，就必须想办法降低生命体中的熵值。地球上亿万生物体低熵的来源最终
还得归结到太阳。地球白天从太阳得到高能的光子，到了晚上，体低熵的来源最
终还得归结到太阳。换言之，地球利用太阳降低它自身的“熵”，这就是万物生

长的秘密！
奥地利物理学家玻尔兹曼从统计物理的角度，重新研究了熵。统计物理起源
于 19 世纪中叶，那时候，尽管牛顿力学的大厦宏伟、基础牢靠，但物理学家们却
很难用牛顿的经典理论来处理工业热机所涉及的气体动力学和热力学问题。分子

和原子的理论也是刚刚开始建立起来，学界迷雾重重，不同观点争论不休。热力
学方面的宏观现象能否从微观粒子的动力学理论来解释？玻尔兹曼和麦克斯韦为
此作出了重大贡献。

玻尔兹曼的墓碑上没有碑文，而是镌刻着玻尔兹曼熵的计算公式。用现在常
见的符号表示，S=kBln W，这里的 kB=1.38×10-23J/K，是玻尔兹曼常数，其量纲
正好等于（能量 / 温度），玻尔兹曼熵公式可解释“粒子数越多，熵越高”的道理。
实际上，克劳修斯熵和玻尔兹曼熵是等价的。
依据熵增定律，孤立系统中的熵只增不减，这是物理学中科学地描述“时间

箭头”的理论，熵值的增加赋予时间箭头精确的物理意义。然而时间有尽头吗？
这个问题的答案是显而易见的。覆水难收，岁月难留。时间之矢与因果律有关，
如果时间既能朝前又能倒退的话，会导致许多因果颠倒、逻辑矛盾的不合理事件。

在经典力学中，时间方向并没有自然地被反映到方程中，科学家们往往会人为地
定义一个时间方向，以避免发生违背因果及逻辑规律的现象，而热力学第二定律
的理论框架包括了时间箭头，因而能支持宏观世界中随处可见的“演化”现象。
我们发现，生物学中，生物的进化和生物个体的生老病死，只朝一个方向发展。

宇宙学中也有时间箭头，它来自宇宙大爆炸这一初始条件。宇宙空间的膨胀使得
电磁波呈现向外扩散的趋势而不是朝着波源收缩，这形成了电磁学的时间箭头。
从热力学时间箭头、宇宙时间箭头、电磁时间箭头，又派生出信息论和生物学的
时间箭头。

1865 年，热力学奠基人之一的克劳修斯把熵增加原理应用于无限宇宙中，而
提出“热寂说”。从电磁领域转战到热力学的英国人詹姆斯·麦克斯韦（James

• 27 •