第十章 世界之中的世界
以获得的能量,也有一种无法获得的能量的剩余。他把这种无从获得的能量称作“熵”,而且,他制定了著名的热力学第二定律:熵总是在增加。在宇宙中,热量不断泄入一种热平衡的湖泊,在这样的湖泊中,热量不能再被人们获取。
在100年前,这确实是一个很好想法,因为当时热仍然被看作是一种流体。但是,热量与火或者生命一样,并不是物质,热是原子的一种不规则运动。正是奥地利的路德维格?玻耳兹曼(Lndig Boltzmonn)非常聪明地运用这一概念来解释一台机器,或者是一台蒸汽机,或者是整个宇宙中发生的现象。
玻耳兹曼认为,当能量衰减时,原子呈现出一种更加紊乱的状态。而熵就是测量这一无序状态的尺度:这一深刻的概念来自玻耳兹曼的新颖的解释。奇怪的是,人们竟可以测出无序状态;这种特定状态出现的概率——在这里被定义为能从原子中收集能量的方式数,玻耳兹曼相当精确地表达这种数的关系,S=Klog;S,即熵,与一定状态的概率的对数成正比(K为比例常数,现在又称为玻耳兹曼常数)。
当然,无序状态的概率要比有序状态高得多,因为几乎每一种原子的随机组合都将是无序的;因此,总的来说,任何一种有序排列都会归于消失。但是,“总的来说”并不等于“总是如此”。有序状态并不“总是”会归于无序状态。这是一条统计学的法则,这意味着那种秩序将“趋于”消失。但是,统计学一般不说“总是如此”。统计学允许在宇宙的某些岛屿上建立有序状态(在地球上,在你身上,在我身上,在星球上,在一切地方),而在其它地方则代之以无序状态。
这是一种美妙的概念。但还有一个问题需要回答。如果说概率把我们带到这里来的说法是对的,那么,是不是概率太低以致于我们无权到这里来呢?
提出这种问题的人总是这样描绘这个问题的,但是,想一想在此时此刻构成我的血肉之躯的所有原子。这些原子竟然在这个时刻、在这个地方构成了我这样一个人,这岂不是颇有些不可思议吗?是的,确实如此,如果情况真是如此,那就不仅是不可信的——我这个人简直就是不可能的了。
不过,大自然当然不是这样发挥自己的作用的。大自然的活动是按步就班进行的。原子组成分子,分子组成碱基,碱基支配氨基酸的形戍,氨基酸结合成蛋白质,蛋白质在细胞中起作用。细胞首先构成简单的动物,然后构成复杂的动物,这样一步一步地由低级向高级发展。那些组成一个水平或层次的稳定单位,就是用于产生更高级组织结构的不规则碰撞的原始材料,其中有些结构也会碰巧成为稳定的。只要有某种尚未实现的潜在稳定性存在,就不会“碰巧”出现别的情况。进化无异于从简单到复杂一步一步拾级而上,而每一级本身又是稳定的。
既然这正是我研究的题目,我为这种稳定性起了一个名字:叫作“分层稳定”。正是这种稳定性,使生命缓慢而又不断地逐步上升,变得越来越复杂——这既是进化的主要进行方式,也是进化的难题所在。现在,我们知道,不仅生命的演化是这样,物质的演化也同样如此。如果星球不得不生成某种像铁那样的重元素,或者像铀那样的超重元素,单单靠所有组成部分的瞬时聚合,那是完全不可能的。不,决不可能。一个星球使氢嬗变为氦,然后,在另一个星球的另一个阶段上,氦聚合成碳,氧,和各种重元素,就这样一步一步地走完演化的整个阶梯,形成自然界的全部92种元素。
我们不可能再现这种发生在各个星球上的整个过程,因为我们无法控制聚合大多数元素所需的那种极高的温度。但我们已经开始把脚踏上这架梯子了:再现从氢到氦的第一步。在橡树岭的另一个区域,人们正在致力于氢的聚变。
当然