熵是科学中最常被误解和受到误解的概念之一。也许你听说过熵被定义为一个系统中的“无序程度”。热力学第二定律指出，封闭系统的熵总是随着时间增加。所以你可能会想，如果我的办公室只会变得更乱，那我为什么还要打扫呢？这可能是对的，但你不能把责任推给熵。混乱的房间比喻通常用来介绍这个思想（它通常是青少年的卧室——你能理解吗？），但它是误导性的。你看，混乱并不意味着杂乱无章或混沌；它指的是一个系统的各部分可以在不改变系统整体状态的情况下排列的方式数量。例如，假设你的“系统”只是一个充满空气的箱子。在那里，微观层面上的气体分子像碰碰车一样相互碰撞。现在，想象一下你可以在某个瞬间绘制每个粒子的位置和速度。这将是一种可能的排列，或者称为微观状态，但还有无数其他排列，并且它们每秒变化数万亿次。当然，你不可能真正看到这些东西。相反，你观察到的是总体的、宏观层面的特性，比如空气压力；如果你在海平面封闭了这个箱子，它的压力就是每平方英寸14.7磅。除非你给系统添加能量，比如加热，否则它不会改变。因此，所有这些微观状态对应的宏观状态是14.7 psi。明白了吗？换句话说，熵完全是关于看不见的原子领域和我们所生存的可见、可测量物体领域之间的联系。可以说，它是在两个现实层面之间的一个概念和数学桥梁。我是说，难道这不是很酷吗？那么，对于所有可能的结果，哪一些实际上会发生？这基本上是随机的，所以这就是概率的问题。实际上，概率是熵的基本概念，而这正是混乱房间形象无法捕捉到的。因此，我将使用一个不同的类比：掷骰子。爱因斯坦曾说：“上帝不和宇宙掷骰子。”我们来看看这个说法吧？掷骰子想象一下你掷一个六面骰子。你会得到一个从1到6的数字，对吧？有六个可能的结果或状态。如果你在龙与地下城中掷一个20面骰子，则有20个可能的状态。如果你想让你的D&D朋友刮目相看，你可以随意提到这个骰子的熵更高——因为它有更多的可能结果。假设你正在D&D中确定一个角色的能力，你掷了三个六面骰子。这三个值可以加总为3到18之间的任何数字，但各种和的可能性并不相等。比如说，为了获得最佳的灵巧性，你需要一个18。然而，只有一种方法可以达到这一目标：每个骰子都必须掷出6。照片：Rhett Allain 但是，如果适度的灵巧性对你足够，你可能对等级10感到满意。那就更容易获得，因为有更多的组合加和为10——确切地说是六组独特的数字。照片：Rhett Allain 但是等等。如果我们一次掷一个骰子，并考虑顺序，可能的排列会更多。以6-3-1为例。你可以用另外五种方式得到相同的三个值：1-6-3，3-1-6，3-6-1，6-1-3，6-3-1。（是的，这些是不同的结果，因为时间的箭头是单向的。）总的来说，有27种不同的方法可以掷出10。如果我们考虑三个骰子的所有可能结果，总共有216个独特的微观状态。但对游戏来说重要的是这三个值的和——这就是我们的宏观状态。因此，掷出18的概率是0.4%（216分之一），而掷出10的概率是12.5%（216分之27）。我们可以说10状态的熵更高，因为它可以发生的方式更多。而且由于可以发生的方式更多，它更可能发生。懂了吗？没有神秘的力量在增加系统的熵。只是高熵状态具有更高的概率。实际上，真的是蛮简单的。反向世界 现在让我们考虑一下能量。假设你拿了一个温度为50华氏度的冷水杯，然后把一个温度为120华氏度的热铜球放入水中。会发生什么？从经验上看，你会期望水变暖，而球变凉，直到它们在50华氏度和120华氏度之间的某个温度达到平衡。但是当我们说某个东西变暖时，我们的意思是它的原子和分子的动能增加——它们变得更有活力。假设水获得了50焦耳的热能。那么，由于能量总是守恒的，我们知道铜球冷却，失去同样50焦耳的能量。但等等。如果在某个特定的星期二，你把热球放入冷水中，球变热了，增加了10焦耳的热能，而水失去10焦耳变冷？你是打破了物理定律吗？不，没有。能量仍然是守恒的。你可能会觉得这很不安，但这是有可能发生的。为什么？熵。这是一种可能的结果。