專欄 董啟章
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董啟章
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也來談談「熵」

05.11.2020
圖片由作者提供

​最近因為基斯杜化.路蘭的科幻諜戰電影《天能》,很多人也談起「熵」(entropy)來。大家都好像上了一堂科普課,大舉想像「逆熵」(即是逆時間行進)的可能性。把「逆熵」這個概念用在科幻電影中,的確是十分新穎的。它跟已經拍到爛的「時空穿越」不同,也即是不能一下子跳到過去的時間中的某一點,而必須老老實實地、也非常笨拙地,「逆時間」一分一秒地回到過去。所以,要回到一周之前,你便必須用一周的時間去慢慢逆行,期間世界所有事情的運動方向也會跟你相反。坦白說,是會令人發瘋的。

​「熵」本來是熱力學第二定律的概念,簡單來說就是,在一個不受外來因素干擾的封閉系統中,粒子的運動必然由有系統和秩序演變為混沌無序,最後達至完全的均衡,也即是熱寂。小型的系統例如生態圈、生物,甚至是電器,因為必然和別的系統互相連結和影響,所以在消耗能量之餘,也會補充能量,維持內在秩序,以抵抗熵。科學家把這個運動方向稱為「負熵」(negentropy)。在宇宙的層面,所有星體的形成都是「負熵」,即是增加秩序。但星體無論燃燒多久,能量也總會有耗盡的一天,例如我們的太陽據估計會有一百一十億年壽命,現在已經過了接近一半。而根據哈勃太空望遠鏡的觀察,宇宙膨脹正在加速中,而且已經超越臨界點,也即是不會收縮。在這樣的情況下,宇宙中的所有星系和星體,最終會走上全部崩塌寂滅一途。宇宙最終會變成混沌一片的,完全均衡的冰冷狀態。

為什麼「熵」會跟時間逆行扯上關係呢?在牛頓古典物理學中,對任何運動在順時和逆時兩個方向的運算,結果也不會有任何不同。那是一個絕對對稱的宇宙。但是,熱力學第二定律說明,總體的系統(宇宙)只會趨向混沌,而不是相反,所以時間只可以向一個方向發展。逆時運動或「逆熵」(《天能》的假設)是不可能的。「負熵」跟「逆熵」不同,前者不是逆時運動,而是在順時中建立系統和秩序。雖然個別的系統還是會持續出現,局部的秩序還是會增加,例如在未來一段漫長的時間內,生物還是會繼續繁衍,新的星體還是會形成,但是,總體的熵值仍然會不斷上升。結局是無法改寫的。

​在二十世紀中,「熵」從熱力學概念,一躍而成當紅的資訊理論概念。早期資訊理論要克服的,主要是信息傳播中遇到的雜訊(noise)問題。Noise愈多,信號便愈混亂,傳播、接收和解讀便愈困難。所以,「熵」成為了信息秩序的指標。不過,在資訊理論兩大奠基人物諾伯特.維納(Norbert Wiener)和克羅德.夏農(Claude Shannon)的理論中,卻出現兩個截然相反的解讀。維納認為高秩序和低熵的狀態,代表高資訊狀態,即是有利資訊傳播的狀態;相反,夏農卻認為低秩序和高熵狀態,代表更多的自由、選擇和可能性,因而才是更有利於資訊流通的狀態。兩人的分歧,在於對機率的看法。究竟確定性重要,還是可能性重要?這其實是個極富哲學意味的問題。

​在大友克洋的經典漫畫《阿基拉》中,也有提到「熵」。很明顯他也注意到「熵」的深遠意義。前超能力兒童、後來成為教團領袖的宮子夫人,和發現擁有超能力而變強的鐵雄,兩人之間有過一段對話。宮子夫人嘗試說服鐵雄,他如果不能駕馭自己身上的「力量」,後果將會不堪設想。這時候她談到了把萬物捲進去的「宇宙洪流」,也即是「熵」的趨向,會把一切帶向滅亡,而「力量」的出現,目的是為了抗拒「洪流」,保存生命。前提是我們要懂得運用「力量」,而不是被「力量」吞噬。在《阿基拉》中,我們似乎還未能看到「力量」的正面作用。每次「力量」被發揮出來,都是毀滅性的,例如阿基拉兩次把東京轟掉,以及後來失控的鐵雄所變成的怪物。唯一「正面」的作用,就是末尾阿基拉和其他超能力兒童一起,合力把鐵雄的「力量」吸收,制止了另一場大災難。(嚴格來說,這是「力量」的互相抵消,也即是「正熵」和「負熵」打和。)「力量」還可以怎樣對抗「洪流」,答案似乎還沒有想好。不過,從純物理學的角度看,東京大爆炸其實不是嚴格意義的毀滅,而是系統的重組、重建和重生,是能量的再一次聚結,是「負熵」。也許,這就是「置之死地而後生」的意思吧。

​Entropy這個字來自希臘文,意指「內向」,關係到一個系統不受干擾的內部狀態。據說中譯為「熵」的,是中國近代物理學家胡剛復。以「火」字旁加上「商」字,是因為熵是熱量除以溫度的商數。這看來頗有道理,但對一般人來說就無法望文生義,一頭霧水了。像我這樣的外行人,對熵背後的科學運算當然是一竅不通,不過是拿來做隱喻,發揮發揮而已。就好像現在我寫這篇文章,雖然過程中消耗了些微能量,但卻為世界製造出一件看似有秩序的事物,廣義地也可以說是一個減低熵的行為,也即是「負熵」。如此看來,寫作和文學,無論影響力如何微不足道,畢竟還是對世界有貢獻的。就算去不到能量增減的層次,至少對於精神和思想來說,也是有助於增加秩序,減少亂度的。不過,也有一種看法,認為文學所做的是相反的—是打破既有的秩序,追求自由的可能性。文學上的「熵」,永遠是個無法確定的詭辭。

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