建隆~~寫好了^^

人生的意義──從熱力學第二定律談起

何仁碩 2002/10/29


熵 (entropy)：能量的亂度 <===>　能量的有序度

◎ 熱力學第二定律：

※ 不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不產生其它變化

※ 一個絕熱系統內的能量亂度只會增加，不會減少
此即「熵增加原理」：
一個系統經絕熱過程後，熵永不減少


◎ 熱力學第二定律暗示：

物質會盡一切可能介入熱的作用(成為熱機)，來增加自身的熵效律。
且，物質的排列方式有序度愈高，熵效率就愈高，
故物質有自動產生更複雜的有序排列的傾向。

物理上的例子：

恆星──萬有引力便是熱機的其中一個機制
星際氣體為什麼會凝聚？因為萬有引力。為什麼會有萬有引力？沒有更基本的解釋。
然而，這說明了萬有引力，與它所引起的熱現象，
表現出的便是物質的熱所傾向的流向

化學上的例子：

氧化作用(放出能量獲得安定)
振動的分子，有許多機會和彼此碰撞，但為什麼不是單純的彈開，
卻結合彼此電子的軌域？因為它們想變到較低的物系能量。為什麼？
因為電磁學和量子力學說明了結合的能量較低。
可是為什麼分子成為能更較低的化合物會更穩定？沒有更基本的解釋。
但這種傾向使化學反應合乎熱力學第二定律。

生物上的例子：

原初生物生理作用的形成、生物的演化
地球上平均約有20度的氣溫，是宇宙中少見的溫度。
0~70度之間是容許最多種化學反應的範圍，
可是，有這樣的環境容許複雜的化合作用發生，卻不一定代表它們真的就這樣發生。
然而，從原初的「湯」，產生了大型分子，例如一些酵素，
這些大型分子又自動聚在一起，而成為胞器級的原初生物，
最後這些胞器進行合作的化學反應，又形成了有膜的單細胞生物。
細胞的種類又分化，分化後進一步產生了更複雜的分工，而形成了多細胞生物，
多細胞生物又不斷演化出功能更複雜的器官。為什麼？沒有更基本的解釋，
它只說明了生物的演化是合乎「物質的排列方式有序度愈高，熵效率就愈高，
故物質有自動產生更複雜的有序排列的傾向」這樣的說法。


◎ 生物的演化

化學反應的範圍：

‧ 太陽核心的溫度是 1500萬度
‧ 化學作用存在的範圍是1000度以下
‧ 生物的生理化學作用僅在0度到 70 度存在(因為酵素是大型分子)

利用更多的化學反應，是生物增加自身熵效率的手段

演化：植物──枝幹更高、佔地更廣，以利用更多陽光
動物──增強覓食、消化能力

‧生物能量塔、能量的傳遞──植物、草食動物、肉食動物，
每一層只能利用下一層能量的百分之十；
但當一層生物質體所包含的可用能量足夠，
就確保上一層的掠食者出現
‧能量塔為什麼沒有第四層──因為，舉例來說，
如果某種肉食動物有能力獵殺獅子，那麼牠一定更願意把羚羊當成肉的來源
──能量來源的種類數決定能量塔的層數
‧能量塔愈上層的生物消化系統效率愈低，
繁殖力也更差──愈高級的生物愈有熵效率。

為了確保最多的能量被消耗，生物圈會演化出夠多層次的能量傳遞；
生物本身則會演化出更複雜的消化系統。

生物的耗能著重的不在能量利用的效率，而在熵效率，
這可以說明生物圈頂端的生物為什麼食量大，卻繁殖得很慢。

人腦是終極的生物熱機：

‧腦是夠造最複雜的器官，內有最複雜的化學反應。而人類有功能最多的腦。
‧人的體熱有90% 是從脖子以上散逸。算數學一個上午，
可以消化掉一大碗牛肉麵，但人連一公尺都沒有移動。


◎ 文明的演化


文明是一個龐大的熱機。在人類愈有組織的集體活動裡，
就有愈大量的有序能量被變成廢熱
──農、工、商業、政治、藝文活動都可以視為一種熱在流動，且亂度增加的現象。

‧農、工(礦)、商業的能量塔：
a.農業革命──使人類成為可以支配能量的物種
(植物：等能量來 動物：自己找能量 現代人：自己製造能量)
b.工業革命──促成能源革命(從此人類的熵效率大幅上昇)、使農業規模擴大、
配銷使農產品被利用量大增
c.資訊革命──將工業革命造成的一切熱流動再倍增
‧工業革命、資訊革命──每一層的出現都使下一層的熱流動規模擴大


◎ 發現與創造是為了增加人類的熵效率

‧農、工、商革命皆與科學新發現有關：人類介入新的物理作用
‧農、工、商革命皆造成了國家，或由國家主持。
國家：動員力的來源──大規模的有序活動。


◎ 文明演化與生物演化的類似性：
追求更複雜的熱機機制、更多層次的能量傳遞



◎ 結語：人類擁有創造力，其背後的目的(動力)

生物的演化或新科技的發明，都發生於偶然，但背後卻基於一個恆常的秩序；
演化傾向於使生物介入更多自然界的活動，來增加生物體所消耗的能量。
同樣的動力，則促進了人類發現更新、更基本的科學定律，以提供更多能源，
並發展更複雜的分工來消耗這些能源。

因此，我明白到，不論是我們身上生理的化學作用，或抽象的思維創造，
背後竟是由如此單純的秩序所支撐；這個秩序就是能量在物質間傳遞的秩序。
萬物皆根據它而欣欣向榮、不斷開創新的生機；而我們正是其中最活躍，
也最與萬物生息相通的一環。

也許這樣的解釋簡單得有點荒謬，但是，
當我們在過度複雜的人文環境中迷失自己的時候，它能給我們的啟示是：
我們只需要反求諸己、聆聽自己心裡的聲音，透過恢復與自己的對話，
一切的問題便會逐漸明朗起來。因為，我們自身便是宇宙秩序的一種顯現。

(歡迎轉錄‧作者保留刪修權)


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