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70 熵和秩序之间有什么关系?

  试想象有九个人排成一个方阵——三个人一排地排成三
行,每行每列都对得整整齐齐。我们可以把这种排列叫做有
秩序的排列,因为它又整齐、又对称,描述起来也很容易。
  如果这九个人每人都同时向前跨一步,那么,他们将保
持原来的队形,这时的排列仍然是有秩序的。如果每个人都
向后退一步或者向左或向右移一步,情况也是这样。
  但是,假定现在命令每个人都走一步,但前后左右都可
以,并且每个人可以随意选择他的方向。这时,可能每个人
都碰巧独立地决定向前跨一步。在这种情况下,秩序就仍旧
保持不变。
  不过,其中任何一个特定的人选择向前跨一步的可能性
只有四分之一,因为他可以随意朝四个方向当中的任一个方
向走那一步,因此,所有九个人全部独立决定向前跨一步的
可能性只有4×4×4×4×4×4×4×4×4分之一,
即只有1/262144。
  如果九个人全部向后退一步或全部向左或向右移一步,
他们的秩序也同样保持不变,因此,九个人同时朝同一方向
走一步的总的可能性是4/262144,即1/65538。
既然是这样,你就可以看出,保持那种秩序的可能性是多么
微小,同时你也知道,如果让那些人能够自由行动,那么,
只要有一个人迈出一步,就完全足以破坏那个方阵,从而使
有序的程度降低。
  尽管他们还是有很小的可能性同时朝同一个方向移一步,
但是,下一步就完全有可能把那个方阵破坏掉。
  这是个只牵涉到九个人、并且只容许有四个不同的运动
方向的情形。在大多数自然过程中,我们却要碰到无数亿个
可以用非常多种不同方式自由运动的原子。如果由于某种机
会,这些原子在开始时有某种有序的排列,那么以后任何一
种自由的无规运动、任何一种自发的变化,都必定会降低那
种有序的程度,换句话说,就是会提高无序的程度。
  按照热力学第二定律,宇宙的熵总是在不断增大,这就
是说,宇宙中的能量分布是在不断地均匀化。可以证明,任
何一种能够使能量分布均匀化的过程,同时也会使无序程度
增大。因此,由于构成宇宙的粒子可以自由地进行无规运动
而使宇宙的无序程度不断增大的这种趋势,正好是热力学第
二定律的另一个方面,我们可以把熵看作是衡量宇宙中存在
的无序程度的一个量。
  如果我们用这种方式来看问题,我们就可以看到第二定
律对我们周围一切所起的各种作用了,因为所有自然变化显
然都是朝着提高无序程度的方向进行;只有当我们付出一定
代价作出特殊努力时,我们才能使秩序得到恢复。我们的零
星杂物总是在变乱,我们的房间和我们的衣服也总是在变脏,
我们必须经常整理、打扫、洗涤,才能保持整洁。这可能使
我们感到最好认为,这一切都是出于那条了不起的宇宙规律
在起作用的结果——不过,我自己可一点也不这样想。

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社   1984年
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