有的事情是具有普遍的確定性的，比如死亡、消費(fèi)、熱力學(xué)第二定律。關(guān)于前兩者的文章可謂汗牛充棟，但這一篇文章是關(guān)于第三個(gè)的。

　　1824年，法國(guó)物理學(xué)家卡諾在思考蒸汽機(jī)工作原理時(shí)，首次提出了這一定律。直到今天，熱力學(xué)第二定律仍然巍然屹立，升華成一個(gè)不可改變的事實(shí)。無(wú)論多么努力，你都無(wú)法擺脫它那無(wú)可動(dòng)搖的結(jié)論的控制：在孤立系統(tǒng)中，熵永遠(yuǎn)不會(huì)減少。

　　那么，熵是什么呢？它為什么會(huì)變？

　　如果給你一盒空氣，讓你測(cè)量它的一些性質(zhì)，你的第一反應(yīng)或許是拿出尺子和溫度計(jì)，記錄一些聽(tīng)起來(lái)科學(xué)的重要數(shù)字，比如體積、溫度或壓強(qiáng)。這樣的第一反應(yīng)是合理的，因?yàn)槟阒老瘛翱諝狻边@樣的東西實(shí)際上是會(huì)四處亂竄的，它們是雜亂的微觀分子的集合。或許你的腦袋中曾經(jīng)閃過(guò)一個(gè)念頭——你要記錄每一個(gè)分子行經(jīng)的所有位置和速度，但很快你就會(huì)將這些想法拋諸腦后，因?yàn)槟翘^(guò)繁瑣和愚蠢。

　　畢竟，像溫度、壓強(qiáng)和體積這類數(shù)字會(huì)提供所有你真正關(guān)心的信息。它們能告訴你與盒子中的空氣有關(guān)的一切，無(wú)論你是要打開(kāi)盒子、壓縮盒子還是讓盒子膨脹。這些空氣分子如何排列并不重要。

　這正是關(guān)鍵所在。盒子里的空氣分子有很多不同的排列方法，它們都能導(dǎo)致完全相同的壓強(qiáng)、溫度和體積。你會(huì)注意到其中兩個(gè)粒子互換了位置嗎？你能捕捉到有幾個(gè)分子翻了個(gè)面嗎？不，你不能。壓強(qiáng)、溫度和體積都可以保持不變。

　　這就是熵的作用。那些無(wú)法看見(jiàn)的東西（微小的空氣顆粒）在不同排列下，仍能導(dǎo)致完全相同的可觀測(cè)的測(cè)量（比如壓強(qiáng)），熵的概念所描述的正是這種不同排列方式的數(shù)量。

　　但是，為什么這個(gè)數(shù)字永遠(yuǎn)不會(huì)減少呢？為了探索這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)“打掃”一下你的房間吧。

　　想象一下你終于把所有事情都安排好了，準(zhǔn)備清空周末的日程安排：早起，喝上一杯咖啡之后開(kāi)始做假期以來(lái)已被你拖延已久的事情——打掃房間，從上到下、從里到外都變得干凈整潔。最終，萬(wàn)物皆得其位，完美！

　　那種柏拉圖式的理想房間又能維持多久呢？用不了多久你就會(huì)清醒地意識(shí)到，你周而復(fù)始的所有努力都是徒勞無(wú)益的。

　　但是，為什么你的房間就不能在未來(lái)幾年都保持整潔呢？那是因?yàn)椋灰患|西變了——只需要一件——它就不再干凈了。床上的臟襪子意味著混亂，一個(gè)枕套邊皺了意味著混亂，床頭柜上還有一盒零食餅干？我不會(huì)嘲笑你，但那仍然意味著混亂。

　　在這個(gè)例子中，房間里的物件只有遵循某些特定的排列才會(huì)導(dǎo)致度量結(jié)果為“干凈”，但是還有數(shù)百萬(wàn)種其他的排列能導(dǎo)致度量結(jié)果為“混亂”。如果龍卷風(fēng)襲擊了你剛打掃過(guò)的房間，它保持干凈的可能性有多大？零嗎？并不是。

　　存在一種純偶然的幾率——龍卷風(fēng)會(huì)卷起你房間里的每一件東西，然后將它放回原位。但這個(gè)微小的幾率大約等于你買中了最最厲害的頭獎(jiǎng)彩票。所以還是面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧，在這種幾率里你不會(huì)是贏家的。在龍卷風(fēng)過(guò)后，你發(fā)現(xiàn)房間混亂不堪的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大得多，這僅僅是因?yàn)椋屢粋€(gè)房間變得混亂的方法實(shí)在太多了。

　　同樣，你也無(wú)法阻止房間里的空氣分子突然決定集體朝同一個(gè)方向前進(jìn)，擁擠到角落里，讓你在真空中窒息。說(shuō)真的，沒(méi)有什么粒子或分子間相互作用的規(guī)律能阻止出現(xiàn)這樣的情況。

　　但是，空氣分子的運(yùn)動(dòng)由無(wú)數(shù)的隨機(jī)碰撞和運(yùn)動(dòng)控制著，這是一場(chǎng)永不停歇的分子運(yùn)動(dòng)。本質(zhì)上，這無(wú)數(shù)的運(yùn)動(dòng)總能讓空氣處于雜亂無(wú)章的狀態(tài)：均勻地散布在整個(gè)房間。而這都是因?yàn)榭諝馍⒉加谡麄€(gè)房間的方式比擁擠到某個(gè)角落里的方式要多得多。

　　最終，系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)從無(wú)序走向有序（除非想辦法給系統(tǒng)中增加能量，但這就是另一個(gè)故事了），因?yàn)榻^對(duì)壓倒性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律會(huì)阻止這樣的事情發(fā)生。無(wú)序狀態(tài)和有序狀態(tài)的概率不是10比1或3720比1，而更多的是103?（為了更好地衡量概率，還可以再加幾個(gè)零）比1這種數(shù)量級(jí)。

　　對(duì)于那個(gè)曾經(jīng)整潔的房間說(shuō)來(lái)，情況就是，讓房間變得干凈的方式很少，而讓房間變得混亂的方式卻數(shù)不勝數(shù)。不同的“混亂”的排列方式（比如把臟襪子放在床上還是放在梳妝臺(tái)上）能導(dǎo)致對(duì)溫度或壓強(qiáng)的相同測(cè)量結(jié)果。熵表示的是，在能夠獲得相同測(cè)量值的情況下，可以用多少種不同的方式重新排列混亂的房間。

　　對(duì)于任由自己的混沌裝置支配的系統(tǒng)，它永遠(yuǎn)會(huì)尋求更高的熵，這僅僅是因?yàn)橄啾扔谥圃煺麧崳圃旎靵y方法要多得多——這就是熱力學(xué)第二定律。

撰文：Paul M. Sutter（俄亥俄州立大學(xué)天體物理學(xué)家）