麥 克 斯 韋 妖 的 登 場
——麥克斯韋妖隨筆之一
當人類對這個世界進行想像與思考的時候，
妖精和魔鬼也就陸續登場了。
從這篇文章開始，又要講一個妖。人稱麥克斯韋的妖，這又是物理世界中的一個靈異之物。
在介紹這個妖之前，我首先想到了這樣一個問題：
妖精、魔鬼等異類究竟是從哪裡跑出來的呢？
它們是屬於大自然，還是屬於人類的心靈？
它們是在大千的物質世界裡，還是在人類的精神世界裡？
一、妖魔是從人們的心裡跑出來的
對於這些問題的答案，使我想起了童年記憶中的一段往事。
記得小時候，常去外婆家，那是草木蒼翠、修竹成林、綠水環繞的江南小村。一般總是上午去，在外婆家享用一頓午餐，下午就回來。我家是住在人口相對密集的小鎮上。村鎮之間相距數裡之遙。
走在這條路上，腳下彎彎曲曲的小土路，小路兩邊始終連綴著青青的小草，蜿蜒在田野裡、小河旁，一幅幅如畫的景色也在你面前不斷地展現著：一叢叢的樹林、村落；一處處的小橋、流水。走在這條路上，不光是景色美，想著慈祥的外婆、美味的午餐，心裡總是美滋滋的。
這是我心裡永遠也不會抹去的一段溫馨而又美好的童年回憶。然而，就是在這段回憶中，有一個夜晚，夾雜了妖魔身影，使我難忘。
有一次，已記不得是什麼原因，我只能獨自一人在黃昏後離開外婆家。
我現在還記得很清楚，出了外婆家的門，左拐向東約行50米，過一座長長、窄窄貼近水面的木板橋，再前行約30米，通過一打穀場，折向南沿一條小道，就出了村子。
走著走著，天漸漸地暗了下來。不一會兒，天就擦黑了，又過了不一會兒，綿延在你面前的將是漫無邊際的昏暗，你一步步地跨進去，心頭的恐懼也一點點地冒出來。我放快腳步，希望能快點回家。一陣一陣耳邊有呼號的風聲；斷斷續續有各樣的蟲鳴，還能依稀聽到遠處偶然傳來的幾聲犬吠，就是沒有一個行人。
天越來越黑了，只是天邊還有些亮光。我一瞅天空，真讓我瘮得慌：翻滾的烏雲不斷地變幻著，像是有首無臉、高大無比的兇神惡煞；又像是有眼無珠、面目猙獰的妖魔鬼怪。它們在巨大的天幕上借著強大的風力，飛奔著，時兒離我遠去，時兒又向我衝來。嚇得我總想看個究竟而又不敢抬頭，渾身的感官都處在極度警覺的狀態中，準備著應對可能突然出現在身邊的響動。
就在此時，我總是覺得身後有什麼東西緊隨著，步伐與我的腳步同頻，我急行，它跟得也急；我奔跑，它跑得也緊。回頭看，又什麼都看不見；也就在此時，妖魔鬼怪就從我的心裡冒出來了。
我跑了起來，緊跑著，拼命跑著，嚇出、跑出了一身冷汗，總算奔進了家門，結束了這段恐怖之旅。
這段童年的經歷，使我有了一個猜測：精怪之類的異物，不是來自黑暗的森林，也不是來自深山的洞穴，更不是來自荒郊的墳崗。自然界中並不存在妖精與鬼怪，而是特定外部環境孕育了這些精怪的種子，播撒到人們的心裡，發了芽，長了出來，再通過「親歷者」帶有感情色彩的口說、手寫，就傳給別人，又經別人的渲染、誇大，向外傳播、擴散，各式各樣的魑魅魍魎就跑到世界上來了。
又經一段時間的琢磨，我就斷定，妖魔鬼怪一定是從人的心裡跑出來的，只要有人居住的地方，就可能存在關於精怪、魔鬼之類的荒誕傳說。
二、東西方妖魔之說
地球是人類共同的家園。人類面對這個唯一的共同的生存環境必然會提出若干共同的看法，形成許多共同的觀點與概念。然而，由於地域、環境、個人經歷和思維方式的差別，這就形成對同類事物在概念和看法上的差異。對於妖精與魔鬼等異物，也是如此，東方有，西方也有，但一定會有差別。
我國文化中多有妖精，主要是指某些植物、動物和工具，吸日月之精華，幻化成人形，成了妖精。妖精中以狐狸精居多，還有蛇精、蜘蛛精、琵琶精、樹精、花精等。流傳較廣的狐狸精，通常是出沒在荒郊野崗之中，夜深人靜幻化成美貌女子，迷惑、勾引那些良善的白面書生。
這些妖精也不都是邪惡的，在我國有影響的文學作品《白蛇傳》中，蛇精與書生發生了戀情，此蛇精剛烈柔美、有情有義，人們對這樣的蛇精非但不害怕，還生出愛憐之心。在我國另一部文學名著《聊齋志異》中，也描述了許多花妖狐魅與書生相戀，生出許多纏綿幽怨的愛情故事，這些妖精心地善良、知恩圖報，人們非但不把它們當妖孽，還覺得它們善良正義，帶有一種神奇飄逸的仙氣。
西方文化中多有魔鬼與神仙。當代美國科學家和科普作家卡爾·薩根在他的《魔鬼出沒的世界》（2015年海南出版社）一書中，就有對這一內容的介紹。
書中說，古代人普遍地信鬼。人們不認為鬼神是超自然的東西，而都屬於自然。
古希臘的哲學家蘇格拉底和他的學生柏拉圖都相信鬼的存在，認為「任何神鬼之物都介於上帝與人之間」。鬼神不但存在，而且有重要作用，仁慈的上帝，以他對人類的慈愛，給人類派來了鬼神，使人與上帝之間通過它們發生聯繫。
鬼神是高級種族，它們的悠閒、快樂一點不亞於我們人類。這些鬼神在關照人類，給人類以和平與尊重，讓秩序與正義永存。柏拉圖的弟子亞里斯多德還認為人類的夢就是由鬼製造的。還有神學家說：「它們居住在天空中，與星星為伴，與雲彩交談。」
古基督教思想家、神學哲學的代表奧古斯丁(354—430)說：「眾神佔據了最高的位置，人處於最低的地方，魔鬼居於中間……他們的身體不朽，但思想情感與人無異。」在他的歷史哲學名著的傳世之作《上帝之城》中，描述了鬼所具有的特性，提出了與蘇格拉底等人不同的看法。他認為它們毫無例外地都是邪惡的，絲毫沒有救苦救難的品質。它們是靈魂和肉體邪惡的源泉。他把它們叫做「虛無縹緲」的動物……它們聲稱能在上帝和人之間傳遞消息，把自己偽裝成上帝的天使，但這種偽裝是陷阱，引誘我們走向毀滅。它們知識淵博，可以裝扮成任何樣子。
上面說到的無論是東方的妖精還是西方的鬼神，事實上都是人們通過想像製造出來的異物，都是人類心靈的產物。
本文要說的麥克斯韋妖，當然也不例外，是一位智者心靈的產物。
三、妖的出生與登臺
英國物理學家麥克斯韋（1831--1879）
構造這隻妖精的是英國物理學家麥克斯韋（1831--1879），因此小妖就以他的大名命名，叫「麥克斯韋妖」。麥克斯韋可是物理學世界中鼎鼎大名的人物。他是經典電動力學創始人，這個理論的核心——一組美妙的方程，就是以他名字命名的。他還是經典電磁場理論和氣體分子論的奠基人之一。愛因斯坦正是對他創建的理論深入研究，提出了光速不變、時空彎曲，建立了相對論。
這個妖精是在1867年出生的，比拉普拉斯妖晚出生了近200年，至今也有150多歲的高齡了。因為就在這一年，麥克斯韋在致友人泰勒的一封信中，首次提出了這隻妖，其內容大致是這樣的。
若有一個充有氣體的容器，中間有一隔板，均分容器為左、右兩室。隔板的中央有一小孔，孔上置一閥門，此閥門的打開或關閉均是無摩擦的滑動。打開閥門，左、右兩室相通，兩室中的氣體分子可自由往來；關上閥門，左、右兩室相隔，兩室中的分子不得往來。
設想有一小精靈，盯守在閥門旁。它能看清容器內每個分子位置和運動的蹤跡。當它見到閥門口有向右運動的快速分子時，立即「開門」，讓其進入右室，然後隨即「關門」，禁止分子左、右通行；又當見到閥門口有向左運動的慢速分子時，也立即「開門」，讓其進入左室後，隨即「關門」。這樣，小精靈操作一段時間後，容器的兩邊就有了差別：右室分子的平均速率要高，按分子動理論，其室溫比左室要高。這個小精靈在忙忙碌碌地操作的過程中，使系統有了差別，又因為閥門的移動無摩擦，可認為沒有做功，也就不用消耗一點能量。
英國物理學家，熱力學的開創者開爾文（1824—1907），就把這個手腳麻利、感官敏銳，有智能又不消耗能量的小精靈稱作麥克斯韋妖。
到了1870年麥克斯韋致物理學家瑞利的信中再次提到這個「非常機靈、具有顯微眼的守孔人」。到了1871年，麥克斯韋把它寫進了《熱的理論》這本教課書中，並作了這樣的闡述：「如果我們設想一個精靈，其感官能敏銳得足以追蹤每一個運動中的分子。……它將能做出我們所做不到的事情。」
為了使大家對這個小妖的工作有更深入的認識，下文作進一步的分析，看一看小妖的工作意味著是什麼。
為便於討論，先來設定能被隔板均分充有氣體的容器內的兩種狀態。
如果右室的分子運動的平均速率高於左室中分子的平均速率，表示左、右兩室是有差別的狀態，稱作A態；如果容器中間的隔板是打開的，左、右兩室是宏觀上沒有差別的均勻狀態，稱作B態。顯然，A態相比於B態，因為有了壓強、溫度的差別，就是一個較有序的狀態。
假如開始時，充氣容器是在B態，而在閥門的小孔旁有一位麥克斯韋小妖，它施展本領，努力工作，一段時間後，這個容器的左、右兩室，出現了平均速率與溫度的差別的A態，而且，小妖在這個過程中不消耗能量。
小妖的工作本質就是把原本無差別、無序的B態，變得有差別、有序的A態，使原本不可逆的狀態發生了逆轉。
自然界裡有許多不可逆的現象，如果這個小妖神通廣大，可以把一切不可逆的現象，都能逆轉過來，使原本的B態變成A態，那麼，它的工作意義究竟意味著什麼？這個世界將會怎麼樣的呢？
這當然是一個有意思的問題，正因為「有意思」，當這隻妖踏入物理學的殿堂之後，倍受幾代科學家的關注，有關它的討論一直持續到今天。
四、妖的模樣和本領
知道了妖精是那一年出生的，又是如何進入物理世界的，有什麼樣的本領，接下來也許很想知道這個妖長什麼樣子，有多大的本領。上世紀有一位一流的科學家描述了它的長相，也說到了它特有的本領。
喬治·伽莫夫（1904--1968），是俄裔美籍著名的物理學家和天文學家，在我的隨筆中會有多處提到他。他在基本粒子、核裂變、核聚變等方面都作出了許多重要貢獻。在上世紀40年代，他就預言了我們今天生活在其中的宇宙是源於一個原始火球的大爆炸，至今還留有爆炸留下的餘燼。他還是最早從微觀的角度用物理學、數學及化學研究生物學的開創者之一。
伽莫夫非常重視科學普及工作。我國讀者熟悉的兩本名著《從一到無窮大》（2002年科學出版社）和《物理世界奇遇記》（2008年科學出版社出版）都是他的傑作。正是在《物理世界奇遇記》中，他描述了麥克斯韋妖是個什麼樣子，這是我唯一能見到的關於麥克斯韋妖是什麼模樣的描述。
書中是這樣寫的：麥克斯韋妖，男性，細高個兒，橄欖色的皮膚，長著一個又長又尖的鼻子，那雙綠色的眼睛似乎熾燃著一種奇怪的、強烈的火焰，額頭上的黑髮中長著兩隻怪異的角，這樣的角只有在歐洲早年的傳說中的妖精鬼怪才有。
在《物理世界奇遇記》中，不但講了妖精的樣子，還說到了這個小妖的絕門技藝。小妖能把你微縮成與它差不多大小，再把你帶到微觀世界裡，進行一次匪夷所思的遨遊。它先帶你到威士忌液體表面附近的很小一區域進行觀察。你將看到的這裡是由大量的球構成的汪洋大海。大海的表面在不斷地翻騰著，偶然有幾個球突然衝出海面，可以從你的身旁掠過；偶然也有在空中飛舞的小球潛入到海中，消失在千千萬萬個小球下面。小妖還會告訴你：這些球都是構成威士忌液體的分子，可以分作兩種：比較小的象網球那樣的圓球是水分子，而比較大的象橄欖球那樣的是乙醇分子。
你還看到在海面上有一對正在戲水的鯨魚。小妖會告訴你，那不是鯨魚，那是燒糊了大麥非常細小的碎片，而正是這些配料使得威士忌具有它獨特的香味和顏色。這些細小碎片的一小塊都是有幾百萬甚至幾千萬個複雜的有機分子組成的。你看到它們不斷地轉來轉去，那些特別小的碎片，能這兒、那兒地亂跑，都是由於它們被那些因熱運動而變得非常活躍水分子和乙醇分子撞擊，而產生的這種像醉漢一樣的無規運動。這就是你在物理課本中學到的所謂「布朗運動」。
跟著這位小妖再往前走，還可以看到小妖的精妙表演。小妖手拿一隻像網球拍那樣的器械，將周圍飛得特別快的分子拍擊到海洋中的一個小區域裡，它的表演既準確又迅速，也許世界上所有網球冠軍在它的面前也大為遜色。小妖才幹了幾分鐘，海洋表面的這個小區域裡的球就激烈地翻騰著，像是已經沸騰了一樣。這是小妖準確的拍擊這些運動快的分子落到這個小區域裡，才使得這裡沸騰起來的，這是一件不可思議的事情。
小妖還滔滔不絕地說，如果我不幹這個活，這些「快分子」就不會自發地聚集在一起，這海洋的部分表面也就不會沸騰起來。假如是讓這些「快分子」機緣巧合自發地聚集在一起，形成沸騰，這樣的機會小到不可思議，你一輩子守在這裡也是不會看到的，大概要幾十億年才可能出現一次。今天你能看到的這個現象，應當是夠幸運的了。
從它出色的表現中，你可以看到小妖只有微小的身軀，大概相當於分子、原子之類的大小，100萬個小妖並排在一起，也沒有頭髮絲寬，但它有超凡的能力。它的眼睛能看清每一個分子是如何運動的；它能記得各分子的位置和運動的情況；它能準確地揮動細小精巧的「網球拍」，想拍打那個分子就能打到那個分子，想把這個分子打到那裡就能打到那裡。它完成這樣高難度的動作，不但反映了它的感覺靈敏、動作快捷，還表明它還能收集每個分子運動的情況，存儲、記憶這些分子運動的信息，由此來迅速決定如何揮拍，使它的拍擊準確而有效。
五、讓人瞠目結舌的妖術
妖，通常被視作是異類，並有異跡。
麥克斯韋妖的表現，有異跡。仔細分析它的「妖術」，不是孫悟空那樣能上天、入地，有七十二般變化；也不是《聊齋》中狐仙那樣能幻化人形，忽隱忽現；更不是元曲《十樣錦》中所描寫的「變晝為夜，撒豆成兵，揮劍成河，呼風喚雨」。
它的本領是把一個系統中粒子的狀態，可以按速度的大小進行分類，使系統出現了差別與秩序（從上述的B態到A態）；或者說，可以把系統中粒子，統統按原路回復到過去，把原本不可逆的狀態（上述的B態），逆轉回去（變成A態）。
總之，是把一個巨量粒子構成的不可逆的系統，從它現在的狀態，逆序地變化到原來的狀態。
為了更好地說明小妖的絕活，可以把小妖的「妖術」與魔術師的「魔術」作一個比較。魔術師可以耍一些小的魔術，變條魚、變朵花；也可以耍大的魔術，如大變活人，變出一架飛機等。同樣，麥克斯韋妖能耍小妖術，也能耍大妖術。
下面舉幾例說明其妖術。
它可以使得一杯溫水在沒有任何外界的幫助下，使速度大的水分子聚集到杯子的上半部，上半杯的水越來越熱，下半杯的水越來越冷；把一杯水倒入海中，能把原來杯子裡的分子，一個個都撿回來，悉數送回到那隻杯子裡。
上面兩例是小的妖術，若把這種妖術進行深化與擴展，就會出現大的妖術。
俗話說「生米做成了熟飯」，這是一個不可逆的現象，是一個已成定局無法挽回的事實，而小妖可以把熟飯逆轉為生米；我國有成語「覆水難收」，是說潑出去的水收不回來。《西遊記》一一回有「潑水難收，人逝難返」；晉人潘嶽寫的《傷弱子辭》中有「葉落永離，覆水不收」；唐李白在《妾薄命》一詩中有「雨落不上天，覆水最難收」。這是說「人死了不能復活」、「葉離開了樹就是永別」、「雨不可能往天上掉」。這些都是不可逆現象，而這裡的小妖就可以使其逆轉：人能死而復生，葉能返枝變綠，雨能向天而降。麥克斯韋妖就能使這些現象都逆轉過來。
中學時看過18世紀著名的諷刺作家斯威夫特寫的《格列佛遊記》。主人公格列佛遊歷到勒皮他（飛島）時，看到了一些科學家從事非常荒唐的科學實驗，要從黃瓜中提取陽光來取暖，把糞便還原成食物等。麥克斯韋妖就能從「黃瓜中提取陽光」、「糞便還原成食物」。這也是麥克斯韋妖能耍的大妖術。
從經典力學來看，這個妖的「妖術」，就是把某一個現象中，與之相關的全部物質粒子的運動，都使其發生逆轉，讓因果鏈條倒過來，把已出現的結果變成原因，讓整個物質的運動沿相反的方向再運動回去。這是一件不可思議的事情。
如果麥克斯韋妖真的登場了，世界由它來操縱與運作，世界將會變成什麼樣子呢？
在19世紀的70年代，上面提到的給小妖命名的物理學家開爾文，就考慮了這個問題，在一篇短文中提到了這個結果。
他說：「如果宇宙中所有的物質粒子在任一時刻都精確地反向運動，那麼自然的進程就將簡單地永遠反轉。瀑布底部飛濺開來的泡沫水花將會聚合到一起；而熱運動將會重新聚集起能量，把下落的水聚成水柱並向上運動。物體之間摩擦消耗的熱量會重新回到物體的接觸面，克服物體原來產生的力，把運動中的物體再次推回去。泥土將恢復到石頭的形狀，並再聚合到它們原來所在的山體中去。如果關於生命的物質假說是正確的話，人便會逆向生長，具有未來的知識，但是沒有了關於過去的記憶，人們的記憶只能是將來而不是過去，最後會變成未出生的狀態，重新回到娘胎裡去。」
看起來，麥克斯韋妖要真是登場了，任它橫行，宇宙間的變化匪夷所思！
作者：章魚哥1971
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