永不下车 - 第一〇五章 分布

    热寂，定义并不甚明了，用来形容宇宙的最终命运，在物理界却尽人皆知。
    宇宙的终局，或者，人类认识范围内的任何一种客观存在，如果当做孤立系统，最终的结局必然是熵达到极大值，在那之后，倘若时间的概念仍然存在（这一点并非天经地义），系统本身也不会有任何变化，成为真正意义上的一潭死水。
    热力学三定律，一百多年前的科学原理，给出的就是这样的一种景象。
    在理查德*费曼面前，方然没有解释这些基本原则的必要，他只是言简意赅的道出疑问。
    “宇宙的末日”，这，是任何一个学习过现代物理，特别是热力学的学生，多多少少都会思考过的问题。
    区别只在于，寻常人的这种思考，很快就会被生命的逝去、和时间的流逝冲刷殆尽。
    一旦意识到人的一生何其短暂，遥远到不可思议的宇宙之末日，再怎样努力，也无助于解决眼前的问题，这种思考就会知趣的无疾而终，甚或用“人类连十年、二十年后的世界都无法预测，又怎能奢望洞悉宇宙的奥秘”来自我安慰。
    但是方然呢，即便只是一个永不下车的憧憬者，无限长的生命还是未知数，思维的角度，也已经和常人大不相同。
    热力学定律，自身而言，是基于统计的直白叙述。
    想象一个充斥空气的密闭空间，在没有外界的物质、能量影响时，其中的空气分子，会大致均匀的分布在整个空间里，而几乎绝对不可能自发的集中在空间一侧、让另一侧出现真空；事实上，即便通过外力，让这种情形出现，一旦撤去外来的干涉条件，气体分子会迅速向真空一侧扩散，经过或长或短的时间，最终，空间内又会变成分子大致均匀分布的平衡态，或者，终末态。
    考察处于平衡态的空间，微观上，任何一小块空间内的分子数量，总会有微弱的涨落起伏，但是从宏观上，分子的分布则非常均匀。
    为什么会这样呢，浅显的表象，背后蕴含的机理却极端深刻，方然并无法看透。
    只能说从形而上学的角度，统计规律，可以用来解释这样一种现象：考虑空气分子在空间中的分布，可能的方案有如恒河沙数，但其中绝大多数方案都是分子近似均匀分布、平平无奇的那种，所有分子聚集在一半空间、另一半出现真空的方案，则只有其中的极少数。
    譬如说，在上面的案例中，如果空间内有10，000个空气分子，将空间等分成a、b两部分，则所有空气分子在其中任意分布，可能的情形会有2^10000之多。
    2^10000，毫无疑问，这一数字是难以想象的巨大。
    然而所有空气分子都跑到一边、另一边出现真空的情形，又有多少种呢？
    要么所有分子都在a，要么所有都在b，数一数，这样的极端情形为何几乎不可能出现，原因也就不言自明：
    这种情形，只有区区2种方案，可以做得到。
    10000个空气分子的任意分布，自发出现一半空气、一半真空的概率是1/2^9999，这个数字究竟有多小呢，数学家可能会感兴趣，但是对物理学家而言，实践意义上，如此微末的数字根本就等于零。
    而且这还是区区10000个空气分子的情形；
    实践中，哪怕一立方厘米的地表空间，在零摄氏度、标准气压时，都会充斥着2.7*10^19个空气分子。
    规模越大，偏离平均分布的情形，越会罕见到根本不可能出现。
    虽然是用分子位置举例，换成其他的物理量，譬如速度、能量，也是一样道理。
    建立在统计学上的热力学三定律，道理，非常简洁，虽然背后的机理深不可测，站在不求甚解、只看结果的角度，其正确性却是不言自明。
    但，一旦将这些定律应用到宏观层面，甚至宇宙这样的尺度，又会怎么样呢。
    绝对正确的热力学三定律，与民众的误解不一样，原则上，并不排除系统状态的极端化，也就是进入一些相对不太罕见、不太容易自发形成的状态，这种现象，在客观世界司空见惯，用学术语言来讲，是系统可以借助外来的能量、或者说低熵源，来影响自身粒子的分布和行为，即，降低自身的熵值。
    正因为这样的规则，在盖亚，才衍生出从自然现象到生命奇迹的一系列眼花缭乱。
    可是再怎样纷繁芜杂的世界，物理上的过程，熵的增加，或曰，系统分布从罕见状态到常见状态的滑落，却是绝对无法违抗的宿命。
    盖亚，年龄逾四十六亿的古老存在，分布在其表面的生命形态，万变不离其宗，都需要外界提供的低熵源来维持自身的生命活动，低熵的来源，本质上都是一点四亿公里外的恒星，所发出的光芒。
    生命依赖恒星的光和热，才能生存，科普读物往往从能量转移的角度描述这一过程。
    这样讲，当然是正确的，不过从热力学的角度，发生在恒星到生命体、再到环境的熵转移，才是更本质的陈述。
    生命的迹象，一切都依赖于熵的转移，这是方然关注的核心问题。
    因为这也就意味着，倘若要永生，要拥有无限长的生命，仅仅假设宇宙本身万世长存，直到永恒，只是一个必要条件。
    根本上讲，要切实的永生不死，还要有一个永远存在的低熵源。
    但是这可能吗……
    “你可能还不清楚，热寂，概念上本身就不太严谨；
    而且在学术界，这也是一个比较陈旧的概念，现在的物理研究者，大多都不认可。”
    方然的疑问，在费曼教授眼里，似乎根本就不是什么烦恼，
    “看来，你还是有基本的热力学定律，和统计物理的一些背景知识，那么对宇宙的演化，你了解多少？”
    “这方面所知有限，我的认识，还停留在‘宇宙大爆炸’的阶段。”
    实话实说，方然可不想在教授面前卖弄学问，毕竟他是来请教问题，而不是在面试。