熵增中不可思议的生命现象

熵不仅仅是一个物理概念;它还与信息论相交。在 20 世纪中叶，克劳德·香农 （Claude Shannon） 开发了一个量化信息的数学框架，与热力学熵有着惊人的相似之处。在 Shannon 的公式中，消息的熵反映了它的不可预测性或不确定性。完全随机的字符串具有高熵 – 很难压缩或预测。重复的结构化消息具有低熵。
这个概念揭示了熵和信息之间的密切联系。为了存储或传输信息，我们必须减少信号中的不确定性 — 减少熵。但这样做通常需要能量，这反过来又会增加其他地方的熵。即使是从记忆中擦除一点的行为——清除 1 或 0——也有熵成本，正如 Rolf Landauer 在 1960 年代所展示的那样。

在我们的数字时代，熵无处不在——在我们的计算机、我们的智能手机、我们的数据网络中。每一次点击、每一次上传、每一次计算都会随着热力学约束的曲调而跳舞。信息不是抽象的。它是物理的。而且成本很高。

1、在经济学中，熵已被用于模拟商品、能源和财富的流动。一些生态经济学家认为，无限增长是不可能的，因为它与第二定律相冲突。现实是：我们生产的越多，环境恶化就越多。
2、在艺术和文学中，熵通常象征着衰败、碎片化或意义的崩溃。现代主义和后现代主义作品中叙事的瓦解、形式的抽象和对随机性的拥抱，与结构的熵解体相呼应。
3、从哲学上讲，熵提出了深刻的问题。如果宇宙正在走向最大的无序，那么斗争、创造和生命的意义何在？有观点认为这是高尚的：在不可避免的混乱面前创造美是一种英雄行为。

熵是一面镜子。它反映了现实的本质——不是一幅静态的画面，而是一个关于转变、复杂性和无常的动态故事。

在遥远的将来，假设我们所知道的物理定律保持不变，所有恒星都会燃烧殆尽，星系会消散，黑洞会通过霍金辐射蒸发。宇宙将变成一片寒冷、黑暗、毫无特征的均匀温度和最大熵的广阔空间。
第二定律所预测的这种最终命运被称为热死。它不是爆炸或崩溃，而是逐渐消失——陷入完美的无序，一切都是同质化的，一切都不会再改变，没有可用的能量来执行工作，没有梯度，没有生命。

此时，时间本身将不再有意义，因为所有标志着时间流逝的过程都将停止。

人类（以及其他形式的生命）——创造秩序、建立文明、创作交响乐、思考星星的生物，似乎是个例外。生命似乎产生了秩序：一个受精卵变成了一个结构化的有机体；种子长成树木；大脑组织思想。
但这个顺序并不违反第二定律，因为生活不是一个封闭的系统。生物体吸收能量（来自食物、太阳等）并排出废物。在此过程中，他们在自身内部局部减少熵，同时在自身周围全局增加熵。
你可以把它想象成你的房间：你可以组织它，打扫它，实现在局部减少熵，但你必须消耗能量来做到这一点，也许是燃烧卡路里或消耗电力（通过您体内或发电厂中的化学反应，在其他地方产生的能量会增加整体熵）。

生命在这种微妙的平衡中茁壮成长：乘着熵的流动，在能量降解之前捕获能量，并利用它来建立短暂的秩序孤岛。进化、新陈代谢和思想本身就是热力学过程——在日益无序的河流中宏伟而短暂的漩涡。