11.特殊之处会出现什么(2/2)
整部宇宙史都由这种断断续续的或急剧的熵增组成,既不迅速也不均匀,因为一切会一直陷在低熵的凹地里(木头、氢云),直到某样东西把大门打开,让熵增过程出现。熵增本身也会打开新的大门,由此熵继续增加。比如,山里的水坝可以存水,直到它随着时间推移逐渐损坏,水会再流到山下,使得熵增加。在这个毫无规律的过程中,宇宙中或大或小的部分会在相对稳定的状态下保持孤立,并且可能会持续很久。
生物也由类似错综复杂的过程组成。光合作用把来自太阳的低熵储存在植物里,动物则“进食”低熵。(如果我们所需能量胜于低熵的话,那我们就会向撒哈拉的热量进发,而不是去吃下一顿饭了。)在每个活的细胞内,化学过程的复杂网络都是个可以开关大门的结构,低熵可以由此增加。分子的功能是扮演让过程交织在一起的催化剂,或是反过来阻碍这些过程。每个单独过程的熵增使得整体能够运转。生命就是熵增过程的网络,这些过程可以作为彼此的催化剂。2有时人们会说,生命会产生特别有序的结构,或是在局部熵会减少,这些说法并不正确。生命仅仅是分解与消耗食物低熵的过程,它的结构本身就是无序的,和宇宙其余部分一样。
即便最平淡无奇的现象都由热力学第二定律掌管。石头会落到地面,为什么呢?人们经常解读说,这是因为石头会把自己置于“较低能量的状态”,因而最终会停在较低位置。但为什么石头会让自己处于较低能量的状态呢?如果能量是守恒的,为什么它会失去能量呢?答案是当石头撞击地球时,会加热地球:它的机械能会转化为热量,并且热量无法收回。如果热力学第二定律不存在,如果热量不存在,如果微观聚集不存在,石头就会永远反弹下去,永远不会停下来。
让石头停在地面以及让世界运转的,是熵,而不是能量。
宇宙的形成就是个逐渐无序的过程,就像那副牌,一开始有序,洗牌之后变得无序。并没有一双巨大的手在洗宇宙这副牌,它自己就能进行混合,在逐步混合的过程中,各部分之间会开启与关闭,并进行相互作用。广阔的区域会一直维持有序的状态,直到到处都有新的通道开启,无序由此扩散开来。3
让世界上的事件得以发生的,让世界书写其历史的,是万物不可遏止的混合——从少数有序的状态变为无数无序的状态。整个宇宙就像一座缓慢倒塌的山,像个逐渐瓦解的结构。
从最微小的事件到更复杂的情况,都是这一不断增加的熵的舞蹈,是毁灭者湿婆的真实舞蹈,被宇宙最初的低熵滋养孕育。
痕迹与原因
熵在过去比较低这一事实导致了一个重要结果,它对过去与未来之间的区别十分普遍也很关键:过去会在现在留下痕迹。
痕迹到处都有。月球上的坑证实了过去的冲击,化石展现出很久以前生物的模样,望远镜可以证明星系在过去有多远,书本记载着我们的历史,我们的脑海中充满记忆。
存在的是过去的痕迹,而非未来的痕迹,仅仅是因为过去的熵较低。不可能有其他原因,因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去的低熵。
为了留下痕迹,必须有什么东西被捕获,停止运动,而这只能发生在不可逆的过程中——也就是把能量变为热量。这样,电脑会变热,大脑也会变热,落在月球表面的流星会加热它,甚至本笃会修道院中世纪抄写员的鹅毛笔都会把他正在书写的那一页加热一点。在没有热量的世界,一切都会有弹性地回弹,不留下痕迹。4
大量过去痕迹的存在产生了那种熟悉的感觉,认为过去是确定的。而不存在任何与之相似的未来痕迹让我们产生了一种感觉:未来是开放的。痕迹的存在让我们的大脑可以创造大量过去的地图,未来却没有与此相似的东西。这一事实是我们能够在世界上自由活动这种感觉的根源:在不同的未来之间做出选择,虽然我们无法对过去做些什么。
在进化的历程中,面对我们无法直接感知的事物(“我不懂为什么我这样忧郁。”安东尼奥在《威尼斯商人》一开头咕哝道),大脑的庞大机制已经经过设计,以便对可能的未来做出计算。这就是我们所说的“决定”。因为大脑可以根据现在详细描述出未来可能的样子(除了细节稍有出入),这样我们就会自然倾向于按照“原因”先于“结果”的逻辑来思考:过去的事件是未来事件的原因,如果没有这个原因,未来的事件就不会以完全相同的样子出现在我们的世界里。5
在我们的经验里,原因的概念在时间中是不对称的,原因先于结果。当我们发现两个事件“具有相同的原因”时,我们发现这个共同原因6在过去,而非未来。如果一场海啸的两股波浪同时到达邻近的岛屿,我们会认为在过去有一个事件引起了这两股波浪,我们不会去未来寻找。但那不是因为有一种从过去到未来的神奇的“因果”力量,而是因为两个事件之间关联的不可能性需要一些不可能之事,而只有过去的低熵才能提供这种不可能性。不然还有什么能提供这种不可能性呢?换句话说,那些存在于过去的原因只不过是过去低熵的显现。在热平衡态,或是在纯粹的力学系统中,由因果关系确定的时间方向并不存在。
基本物理法则并不讨论“原因”,只讨论规律,而这些规律在过去与未来中是对称的。伯特兰·罗素(bertrand rsell)在一篇著名的文章中谈到了这点,他着重写道:“因果关系法则……是一个过去时代的遗迹,它的存在就像君主立宪制,被错误地认为无伤大雅。”7当然他有些夸张了,因为在基本层次不存在“原因”这一事实,并不能成为废弃原因这一概念的充分理由。8在基本层次也没有猫,但我们并不会因此为猫感到担忧。过去的低熵使得原因的概念变得有效。
但记忆、原因与结果、流动、过去的确定性以及未来的不确定性,这些只不过是我们给一个统计事实的结果所起的名字,这一事实就是宇宙过去状态的不可能性。
原因、记忆、痕迹、世界生成的历史不止横跨了人类历史的几百年、几千年,而是宇宙故事的几十亿年。这一切都只源于这样一个事实:几十亿年前事物的结构是“特殊的”。9
而“特殊”是个相对的说法:相对于一种视角才特殊。它是一种模糊,由一个物理系统与世界其他部分的相互作用决定。因此因果关系、记忆、痕迹、世界以及发生的历史,都只是一种视角的结果,就像天空的旋转只是我们奇怪的视角的结果一样。于是,时间的研究不可避免地要回到我们自身。