幾個系列下來，相信很多朋友已經嘗到了循序漸進的甜蜜，任何學習，只要不急不躁，從微小處開始，一步一臺階，最終必然能夠見微知著。——坤鵬論
距今約2300多年前，莊子在其著作《莊子》提出「上下四方曰宇，往古來今曰宙」之說。
「宇」指上下東南西北四方，即一切的空間；
「宙」指古往今來，即所有的時間。
這是原始的三維空間和一維時間的概念。
這也是迄今在中國典籍中找到的與現代"時空"概念最好的對應。
如今，宇宙為所有空間、時間、物質的總稱。
而人類大部分學科，其實就是在研究事物的時間和空間。
因此，時間和空間（簡稱時空），就是力學、物理學、天文學和哲學的基本概念。
其實細想之下，包括經濟學在內的社會科學，不也都是圍繞時空展開的嗎？
一、縮地成寸芝諾龜
關於時間，最好的故事莫過於著名的芝諾龜了。
這是距今約2500年前的事了。
古希臘哲學有一派叫埃利亞學派，以永恆不變存在物的思想著稱。
其中，巴門尼德是該學派的翹楚、代表。
他認為，世間既不存在變化也不存在運動，只有一種恆久不變的東西存在。
因為這種存在物充滿了一切空間，所以也不會存在獨立於存在物之外的思想。
因此，思想和存在物是同一的。
我們覺得世界總是在不斷地變化和運動，這實際只是一種錯覺，並且還是一切錯誤的根源。
顯然，這個否定變化的學說太違背人們的常識，很容易遭人攻擊。
而且確實針對這一學說的攻擊從一開始就沒停過。
巴門尼德的學生芝諾認為，自己的主要任務就是維護他的老師的學說免遭非議。
為此，他發展出一種機敏但又有些過火的論證藝術。
也由於這個原因，他被認為是辯證法的創始人。
之後，辯證法在希臘達到了相當繁榮的程度。
芝諾認為，世間難以解決的矛盾，全是人們認為事物存在多樣性和運動的觀點造成的。
不過，他留下的著作只有很少的殘篇。
關於他的知識，人們大都是從柏拉圖和亞里斯多德那裡獲得的。
讓我們看看他拿出了什麼樣的證據（史稱芝諾悖論）來否定事物是運動的。
證據一：縮地成寸芝諾龜
假設古希臘奧林匹克賽跑冠軍阿基裡斯和烏龜賽跑。
阿基裡斯非常大度地讓烏龜在他前面100米處起跑，他的速度是烏龜的10倍。
芝諾說，阿基裡斯永遠不可能追上烏龜。
因為，阿基裡斯到達烏龜的第1個起跑點時，烏龜已經向前爬了10米，一個新的起點產生了。
阿基裡斯繼續追，當他追到烏龜爬出的這10米後，烏龜又向前爬了1米，他只能繼續追向這1米……
就這樣，烏龜製造出了無窮個起點，它總能在起點與自己之間製造出一個距離，不管這個距離有多小，只要烏龜不停地奮力向前爬，阿基裡斯就永遠也追不上烏龜！
《莊子·天下篇》中也提到：「一尺之棰，日取其半，萬世不竭。」
這句話指的是，一尺的東西今天取其一半，明天取其一半的一半，後天再取其一半的一半的一半，總會有一半留下，所以永遠也取不盡。
在數學中，一個數可以連續不斷地除以2，永遠也不會被除盡（這個數非循環小數）。
芝諾與莊子的區別是：
芝諾講的是一定時間內行走的距離不變（即速度不變）；
莊子講的是時間不變，這段時間裡的工作卻越來越少（速度越來越慢）。
可見芝諾限制了時間，莊子則可以使時間為無窮大。
儘管阿基裡斯可以提速跑過芝諾龜，甚至一腳踩死他。
可是，在追求證據和準確實踐的物理學中卻無法超越。
於是，這個芝諾龜的問題整整流傳了2000多年。
一直到物理學家牛頓和數學家萊布茨尼創造出微積分，人們才用微積分中的「極限」法門令阿基裡斯超越了這隻千年神龜。
證據二：飛矢不動
飛行在空中的箭矢在空間中的某個點上是靜止不動的。
因為它飛行的這段時間可以被劃分為無數的時刻，在每一個時刻，它都佔據著一個位置，並在這個位置上靜止不動。
如果它在各個單獨的時刻是靜止不動的，那麼，整個來說，它也是靜止不動的。
這就說明，飛行的箭矢其實是靜止的，那麼運動是不存在的。
其實不管是芝諾龜，還是飛矢不動，有個更簡單的破解方法。
那就是我們自己改變對時間的看法，或者說正確認知時間。
當我們說「一頭大象比一隻老鼠大」時，我們在說什麼？
首先，大象沒有一個性質叫「大」；
其次，老鼠也沒有一個性質叫「小」；
再次，一頭大象或一隻老鼠，也沒有一個性質叫做「一」。
總的來說，「比XXX大」、「比XXX小」、「一」這些概念，都不是物體的性質（如形狀、材質）。
上面所講到的芝諾悖論的論據，其實是利用了人們對時間、空間的錯誤認知，巧妙地將時間當做了運動（變化）的一個內在性質。
正如亞里斯多德所認為的，時間和「比XXX大」一樣，都不是事物固有的性質，它們都是人類發明出來為了方便理解變化的東西。
「時間是對於變化前後的量詞。」
因此，變化不是由時間組成的，變化是被時間來量化的。
時間，就是一個被人類發明出來的「概念」，並不是物體本身的性質。
這樣的話，芝諾悖論就不攻自破了。
阿基裡斯追不上烏龜、飛行的箭不動，都是因為我們在不停地將時間無限細分，但是，變化並不由時間組成。
這兩個所謂的證據在於我們在對這一條數軸上的「1」人為地不停二分。
但是，它這並不代表數軸所衡量的東西就不會超過「1」。
有人可能會認為芝諾悖論是荒唐的，是耍小聰明，搞腦筋急轉彎。
錯！
他對後世哲學起著開路先鋒的作用。
就像俗話所說，燈不撥不亮，理不辨不明，事不鑑不清，人們在對這樣的悖論不停論證、辯論過程中，增加了認知能力。
同時，也使我們認識到，如果能夠用批判的眼光看問題，可能就會發現，一些顯而易見和理所當然的觀點和見解是值得懷疑的、陳腐的和自相矛盾的。
比如：當我們考察一個諸如「無限」之類的概念時便會如此。
二、熵是時間之矢
熱力學第二定律真正的內涵中，並不只是熱量傳導的過程和方向性。
裡面還包含著一個頗有哲學意味的結論——事物會自發地向混亂、無序的方向發展。
現實中，幾乎所有涉及熱的現象的本質都是不可逆的。
其根源就在於熱力學第二定律的制約。
該定律不僅第一次描述了實際過程的不可逆性。
而且，它還以熵恆增定律的形式把演化的概念引進入了物理學。
英國天體物理學家埃丁頓在《物理世界的本質》一書中將熵比喻為時間之矢。
如今，這個詞已經成為專業名詞。
它專指自然過程的不可逆性和時間的方向性。
科學界有以下幾種時間之矢：
熱力學、統計力學的時間之矢——即熵增加、無序、退化的時間方向；
生物學的時間之矢——即生物進化的時間方向；
電磁學的時間之矢——即振蕩電磁所產生的電磁波的傳播方向；
量子力學的時間之矢——即原子自發輻射的時間方向；
宇宙學的時間之矢——即宇宙自大爆炸起不斷膨脹的方向。
注意到這五種時間之矢的共同特點了嗎？
對的！
都是方向！
什麼方向呢？
讓我們來思考一下時間這個絕對的熟悉的陌生人。
時間的最大特徵是什麼？
是從過去指向未來，過去和未來判然兩別。
因此，時間的內涵是無盡永前，不可逆。
無盡，是相對來說，只有宇宙永恆不滅，時間才會無盡不息。
永前——永遠前進。
這裡面包含兩個關鍵，一是，時刻不停地流動；二是，向著一個方向流動，這個方向就是未來。
同時，時間，是一切事件過程長短和發生順序的度量。
日常生活，我們對於時間的理解就是——秒、分、小時、天、周、月、年……
但是，時間並不是由一系列的時刻組成的，它是永前的。
就像前面芝諾龜的故事後面的解釋一樣。
把時間分割為單個的時間點並不是時間本身所為，而是我們人的主觀意志。
因為，我們更多需要將其用作度量。
由於不可逆，時間的增量總是正數。
時間，歸根結底，是個極其抽象的絕對概念。
它，並非自然產生，完全是人類創造。
它，無形、無聲、無色、無味。
而且，它無法單獨存在，它全因不可逆的事物而存在，也是不可逆的事物存在的基本屬性。
所以，想要說明時間，必須要從不可逆的事物那裡取證。
從日月來去，從草木榮枯，從生命存亡中找證據。
正因為事物都可為時間作註解，時間本身反而被人疏忽或是一直錯誤理解了。
坤鵬論認為，時間之矢有六個含義：
一是，人類總是用箭頭指示方向，因此，它有指示時間方向的意思；
二是，開弓沒有回頭箭，用時間之矢很好地說明了時間和事物發展的不可逆性，是增量，且總是正數；
三是，箭總會以一定的軌跡（規律）運行，上面五種不同科學都力圖找出運行的規律；
四是，箭必須要施以力才能射出去，上面五種不同科學描述了不同的五種力；
五是，箭射出去，必然會射中什麼，它便是目標，五種不同科學全力研究的就是，各自領域那隻時間之矢要射中的目標是什麼。
六是，箭的作用就是殺傷敵人，代表著死亡與毀滅。
熵，就是熱力學、統計力學指明的：
時間方向；
與熱相關的事物的不可逆；
其中的規律是什麼；
推動的力是什麼；
最終會射到什麼目標。
讓我們一起重溫熵這隻時間之矢在熵恆增定律之下，說明了什麼：
——一切事物都是從有序趨向無序，這個過程無盡永前，無法自發逆轉；
——在沒有外界影響的情況下（孤立系統）無法利用的能量只會越來越多，是增量，且總是正數；
——熵恆增定律就是熱力學發現的一個關於熱力運行的重要規律；
——熱力是時間之矢的推動力；
——熵恆增最終就是達到無序的極限值，達到平衡態。
在某種意義，熱力學的誕生恰恰是對以下兩種過程的區別：
第一，與時間的方向無關的可逆過程；
第二，與時間的方向有關的不可逆過程。
而熵，就是區別這兩個過程的概念，而熵的增加只是由於不可逆的過程而產生。
再繼續思考！
熵，是自發增加的。
所以熵的增加相當於系統在自發地演化。
最後，補充一個最最重要的前提，只有當一個系統的行為具有足夠的隨機性時，這個系統的描述中，才可能有過去和未來間的區別。
也因為如此，才可能有不可逆性，時間之矢的熵才能夠存在。
這個前提是個普適的前提，生物學、量子力學、宇宙學都符合。
三、傷心定律——熱寂說
如果，所有形式的能量都不可避免地註定變成不斷積聚的熵。
那麼，在被認為是孤立系統的宇宙中，必然最終要會是一個結果：
除了秩序，還有無序，且會越來越無序。
那麼，人類、地球乃至宇宙的最終命運，就是走向一種完全無序的、沒有生命與意識存在的狀態，宇宙的死亡。
所以，許多人說，這是一個傷心定律。
坤鵬論再次提醒一下，以上的前提是宇宙是孤立系統。
就像霍金所說，熵減（逆轉）來自系統外部，不可能來內部，因此，不會有外力做功。
1862年，開爾文宣稱：「雖然機械能不滅，但一個普遍趨勢是機械能會耗散，導致在整個物質宇宙內，運動會停止，勢能會耗竭，而熱能則會逐漸增加和擴散，這樣最終整個宇宙會歸於一個靜止和死寂的狀態。」
坤鵬論認為，這裡的「耗散」一詞用得特別精妙。
能量沒有損失，只是耗散了，耗散掉的能量仍在，但已無法被人利用。
克勞修斯在1865年提出熵的那篇文章中，對將熱力學兩個定律做出了宇宙論的論斷：
第一，宇宙的能量是常量，保持不變——孤立系統，無外力做功，能量守恆；
第二，宇宙的熵趨於最大——總是向著熵增發展，熵恆增，越來越混亂。
同開爾文所說的一樣，他也指出，宇宙越是接近於這種熵達到極大的極限狀態，那就任何進一步的變化都不會發生了。
這時宇宙就會進入死寂的永恆狀態。
也就是，極大值的熵帶來了極大的混亂，系統進入極大穩定的平衡態，宇宙恆溫，不再發生變化，也就是所謂的不溫不火，了無生氣。
注意，這裡的關鍵詞是平衡態。
前面講過它，坤鵬論再大致說說，一起溫故一下：
當氣體分子越來越混亂無序，結構卻越來越穩定，達到極大值後，宇宙內各部分宏觀性質會處於長期不發生變化的狀態，這種狀態就是平衡態。
1867年9月23日，克勞修斯正式提出了著名的熱寂說。
剛才所說的極限狀態，就是宇宙熱寂狀態，是熵恆增定律對宇宙最終結局的推論。
四、關於熱寂說的爭論
100多年來，科學界和哲學界持續不斷地爭論著克勞修斯熱寂說的推論。
因為，它屬於科學上無法通過觀測和驗證來做出最後判決的學術問題。
這裡面先要排除一類反駁。
熱寂說存在的前提基於「宇宙是個孤立、封閉系統」這樣的宇宙觀。
於是，有人會說，世界是無限的，不是封閉的，所以，不能把熱力學第二定律推廣到全宇宙。
但是，宇宙到底是不是孤立、封閉系統，這不僅是個自然科學的問題，還是個哲學問題。
下面所說的都以「宇宙是一個有限且無界的孤立、封閉系統」為前提。
在反駁中比較著名的有三個。
1.玻爾茲曼的漲落說
1872年，玻爾茲曼提出了「漲落說」。
一生篤信原子論的他，在對粒子運動的研究中，最先對熵增進行了統計解釋。
他也從統計角度對於克勞修斯的熱寂說進行了反駁：總會有宇宙的某些局部，因為隨機的漲落出現熵減小的情況。
儘管在整個宇宙來看，熵是增加的。
但是，隨機的漲落永遠會存在，於是一直都不會迎來完全的熱寂。
所以，宇宙也就不可能產生「熱寂」。
玻爾茲曼以地球為例這樣解釋道，整個宇宙雖然處於平衡狀態，但是，地球正好處在「因為隨機漲落而出現的熵減小」的區域，因此是偏離平衡的。
2.朗道的引力場作用
前蘇聯理論物理學家朗道主張，在天體物理領域，引力對熱力學的影響相當於使系統受外界的幹擾，而且是不穩定的幹擾。
也正是由於引力的幹預，使得實際的廣大宇宙的區域始終處於遠離平衡的狀態。
3.耗散結構
比利時物理化學家伊利亞·普裡高津提出的耗散結構，是第三個著名的反駁。
耗散結構是指一種遠離平衡態的有序結構。
根據熱力學第二定律，系統處在熱平衡態就是有最大的混亂度，此時熵值達到最高，系統即出現所謂熱寂。
而有序結構的出現則意味著熵的降低，系統便可「起死回生」。
這顯然與熱力學第二定律相悖。
比如：生命的發生和物種的進化等，都是從低級到高級、從無序到有序的變化，是一個熵不斷降低的過程。
正是耗散結構理論很好地解釋了上面這種現象。
它認為，熵不斷減少的關鍵在於——系統必須是開放的。
而且，系統內有序結構的產生要靠外界不斷供給能量和物質以及負熵流。
關於這一點觀點，坤鵬論明天專門講。
五、宇宙還在膨脹，但熱寂說無法否定
後來，這個爭論漸漸平息。
因為，20世紀20年代中期，美國天文學家哈勃，利用威爾遜山天文臺當時世界最大的光學望遠鏡，發現銀行系以外遙遠星系都紛紛作遠離地球的運動，其速度和到地球的距離成正比。
根據這個觀測結果可以推論，宇宙是在膨脹的，因為星系間的距離在增長。
1964年，貝爾實驗室的彭齊亞斯和威爾遜，將當時世界上靈敏度最高的微波天線，指向空間各個方向，在偶然之中發現了宇宙空間存在有各向同性3K黑體輻射背景。
什麼是各向同性3K黑體輻射背景？
長期以來，人們都在探尋宇宙的誕生問題。
其中最有說服力的就是大爆炸理論。
它認為宇宙最初是一個質量極大、體積極小、溫度極高的點。
然後，這個點發生了爆炸，隨著體積的膨脹，溫度不斷降低。
至今，宇宙中還有大爆炸初期殘留的，被稱為宇宙微波背景輻射的宇宙射線。
微波背景輻射，是來自於宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射，所以稱宇宙微波背景輻射，它又稱3K背景輻射，是一種充滿整個宇宙的電磁輻射。
由於這種輻射來源於宇宙的各個方向，又有著近乎同樣的頻率和強度，所以叫各向同性。
宇宙學家相信宇宙微波背景輻射是由宇宙大爆炸遺留下來的，是創世遺蹟。
微波背景輻射最重要的特性是它具有黑體輻射譜。
所謂黑體，就是能全部吸收外來電磁輻射而毫無反射和透射的理想物體。
彭齊亞斯和威爾遜的觀測結果，讓他們獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。
同時，這個觀測結果還證明了，宇宙空間，即使是開放系統內，熱確實遵循熱力學第二定律。
因此，熱寂說是無法被斷然否定的。
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