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人生意義——熱力學(xué)熵(Entropy)解讀

2022-04-27 14:27 作者:口算NavierStokes方程  | 我要投稿


? ? ? 熱力學(xué),物理里最熱辣的主題,是一種簡化復(fù)雜事物的驚人思維方式,不僅可以用于物理,更可以作為一種抽象的比喻, 來理解人生。本文是自己茶余飯后的一些思考,重在啟迪。

熵是不確定性的量度,系統(tǒng)自發(fā)的變化是從低熵到高熵,一個(gè)圖像從清晰,逐步模糊的過程,是為時(shí)間的箭頭。

? ? ? ?? ? ?受物理啟發(fā),我提出生命的本質(zhì)是尋找“序”或者范式,即找到一種生命模式,能夠持久的調(diào)動(dòng)你所有精神能量,以至忘我境界。我說,這就是生命的意義。如同一個(gè)沙灘上的少年,從浮沙中堆起一個(gè)城堡。

? ? ?為什么人生可以用熱力學(xué)闡述? 因?yàn)槿藲w根結(jié)底活在自己的內(nèi)心活動(dòng)里,內(nèi)心的物質(zhì)基礎(chǔ)是神經(jīng)系統(tǒng),它處在與外界不斷的能量和信息(記住,世界的主旋律!)交換中, 這與熱力學(xué)系統(tǒng)極為神似。 而無論是氣體還是神經(jīng)系統(tǒng),背后的數(shù)學(xué)原理都是自組織。即大系統(tǒng)的復(fù)雜性(“智慧”)是大量簡單(“愚蠢”)的小單元相互作用而產(chǎn)生的。

? ? 熱力學(xué)里面有兩個(gè)永恒的主題,那就是能量和熵。 什么是能量? 能量就是系統(tǒng)做功的能力,我們說一個(gè)人能量十足是因?yàn)樗诓煌5倪\(yùn)動(dòng)和做事,物理也是一樣的,它說的是一個(gè)系統(tǒng)不停的運(yùn)動(dòng)和推動(dòng)自身發(fā)生變化的能力?!爱?dāng)我們用水泵把水抽到高處的時(shí)候,是用外力恢復(fù)它的能量,這個(gè)熵減過程多么痛苦呀!水泵葉片飛速地旋轉(zhuǎn),狠狠打擊水,把水打向高處,你聽到過水在管子里的呻吟嗎……”

? ? ? 什么是熵? 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),比如一群分子,一個(gè)人群,首先具有的性質(zhì)就是不確定性。因?yàn)榇罅吭氐那閳?bào)是不可能完全掌握的(統(tǒng)計(jì)學(xué)核心問題)。我們把距離確定性描述這個(gè)系統(tǒng)所缺失的信息,叫做熵(系統(tǒng)每種可能狀態(tài)的概率對(duì)數(shù)的期望之負(fù)值)。數(shù)學(xué)上講就是你還需要多少比特的信息可以把系統(tǒng)狀態(tài)完全確定,熵就是不確定性的大小。用比較文科的思維理解,高熵就對(duì)應(yīng)一種我們不可知,不可控的局面,有人稱之為無序(系統(tǒng)秩序-結(jié)構(gòu)-order的喪失往往代表大量不確定可能的出現(xiàn)),雖然這類比喻并不完全準(zhǔn)確。你可以想象一個(gè)無序的跳蚤市場(chǎng),不同的人叫賣個(gè)人物件,你早起去市場(chǎng)上看,你唯一知道的是你不知道市場(chǎng)有什么,就是典型的高熵體系。

? ??? ? 懂得熵就可以懂得信息: 信息就是反方向的熵,或者說不確定性的減少。在一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)里,你知道的信息越多,系統(tǒng)的隨機(jī)性(自由選擇)就越小。用理科的思維信息就是降維(dimensions reduction),用文科的思維信息就是有序。?熵增,也就是“無序”的增加,是事物發(fā)展的必然規(guī)律。任何自然規(guī)律,都離不開時(shí)間定律,“反熵增”顯然是需要和時(shí)間賽跑。

? ? 任正非說,“熵減的過程十分痛苦,十分痛苦呀!但結(jié)果都是光明的。從小就不學(xué)習(xí),不努力,熵增的結(jié)果是痛苦呀!我想重來一次,但沒有來生。”

? ? ? ?熱力學(xué)的三大定律,都圍繞能量和熵?!眷夭皇且话愕囊?guī)律,是規(guī)律的規(guī)律】

第一定律--能量守定律:系統(tǒng)做功的能力是不可以隨便產(chǎn)生或減少的,而是有一定的值。如果你需要增加能量,就要和外界交換。

第二定律-熵增加定律: 孤立系統(tǒng)(沒有能量和物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng),例如整個(gè)宇宙就是一個(gè)孤立系統(tǒng)),熵是只增不減的。這是一個(gè)神一般的定律,指出萬物演化的趨勢(shì)。整個(gè)宇宙的熵增大,使得時(shí)間有了方向,或者說時(shí)間軸的對(duì)稱性被打破,未來(高熵)和過去(低熵)成為了截然不同的部分。它給出宇宙一個(gè)終結(jié)的狀態(tài)-失序,所有有結(jié)構(gòu)的形態(tài)的崩潰,大到文明,小到細(xì)胞,都只能化作塵埃。

第三定律, 熱力學(xué)零點(diǎn)。在此不敘。

熱力學(xué)第二定律,所謂時(shí)間之矢,是我所有物理定律里最喜歡的。因?yàn)樗赋鍪挛锏奶烊粌A向性,那就是走向不確定性的增大(我們統(tǒng)稱為失序)。 通常我們使用熵最大原理的時(shí)候要考慮系統(tǒng)的限制條件,比如熱力學(xué)系統(tǒng)的體積,能量,求解一個(gè)在限制條件下的最優(yōu)化問題(原則上可以解決所有熱力學(xué)問題)。

接下來說說人,剛才說生物系統(tǒng)和氣體都是復(fù)雜系統(tǒng),但是作為生物體的你和氣體的本質(zhì)區(qū)別是什么?一言以蔽之:生物體從無序向有序發(fā)展(熵減少),氣體從有序向無序發(fā)展(熵增加)。

? ? ? ? 或者說,生物體遵循逆熱力學(xué)第二定律。最大化信息而最小化不確定性(無序)。何為最大化信息? 其實(shí)就是對(duì)外界環(huán)境變化的貝葉斯學(xué)習(xí), 或者說根據(jù)外界環(huán)境的變化,系統(tǒng)作出某種反應(yīng),然后通過得到的環(huán)境反饋來調(diào)整學(xué)習(xí)的過程。 這與機(jī)器學(xué)習(xí)里的增強(qiáng)學(xué)習(xí)異曲同工。


一個(gè)生命有機(jī)體是在不斷地增加著熵,并趨于熵為極大值的狀態(tài),那就是死亡,要擺脫死亡,就是說要活著,唯一的辦法就是從環(huán)境中不斷的汲取負(fù)熵,這樣它才能維持自身的生存狀態(tài),避免退化到無序的死亡狀態(tài)。這一過程說明“生物賴以負(fù)熵為生”。

???—薛定諤

“生物為了生存而作的一般斗爭,既不是為了物質(zhì),也不是為了能量,而是為了熵而斗爭。”?

—斯忒藩.玻耳茲曼

? ? 反熵增,即“熵減”,就是讓事物從“無序”到“有序”,需要大量的投入。其結(jié)果未必是好的,只是減慢了滅亡的速度而已。

無論是生命進(jìn)化,還是我們出生以后學(xué)習(xí)的過程, 都是逐步從簡單到復(fù)雜,增加對(duì)外界環(huán)境的掌控力-或者說增加確定性的過程。生物把它億萬年掌握的環(huán)境信息寫入DNA的編碼。?

DNA 即意外年里生物為對(duì)抗熵增,減少不確定性所凝結(jié)的生命之塔。

但是從無序向有序是要付出代價(jià)的,代價(jià)就是為了維持自身的結(jié)構(gòu),你就要不停的導(dǎo)入和導(dǎo)出能量。 為什么?想一想,自然的趨勢(shì)是無序,你要使自己有序,或者說宇宙總的熵是增加的,而你的熵要減少,那就是宇宙其他的部分要為你的熵減少付出代價(jià)。怎么辦? 宇宙其它部分的熵必須增加。就是要從宇宙里導(dǎo)入有序(負(fù)數(shù)的熵),而把無序(熵)還給宇宙。而熵作為信息,是不能夠獨(dú)立存在的,它必須依托一個(gè)載體-能量。 因此最終就是作為生物體的你要讓能量攜帶著有序(負(fù)熵)進(jìn)入而攜帶著無序(熵)流出,自身獲得秩序和結(jié)構(gòu),而把無序還給宇宙。這個(gè)過程吸入能量放出熵的過程在生物學(xué)上稱作新陳代謝。?

單個(gè)的生物體是無法長期支撐這種代價(jià)的,系統(tǒng)抵抗熵增的能力隨時(shí)間減弱,是為衰老過程, 并最終淹沒在熵增的洪流中,即死亡。然而群體的生命之流卻可以在更長時(shí)間尺度抵抗熵增。

? ? 任正非有一段非常生動(dòng)地比喻:“你每天去鍛煉身體跑步,就是耗散結(jié)構(gòu)。為什么呢?你身體的能量多了,把它耗散了,就變成肌肉了,就變成了堅(jiān)強(qiáng)的血液循環(huán)了。能量消耗掉了,糖尿病也不會(huì)有了,肥胖病也不會(huì)有了,身體也苗條了,漂亮了?!?/strong>

?衰老與失序。年輕與俊美多與緊致有序有關(guān),而衰老則伴隨著松弛失序,或不確定性的增加

認(rèn)知和學(xué)習(xí)的本質(zhì)也是從無序到有序,減少不確定。?我們的存在,無非可以分解為對(duì)外界的感知和相應(yīng)的行動(dòng)(Perception & Action)。 感知決定行動(dòng),行動(dòng)的結(jié)果通過感知反饋給我們。 我們大腦的神經(jīng)活動(dòng)所干的主要事情,就是猜測(cè)某種行動(dòng)將要產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。 當(dāng)大腦的猜測(cè)完全不靠譜,即不確定性高。而猜測(cè)越精確,則不確定性越小。?認(rèn)知學(xué)習(xí)的宗旨,就是精確預(yù)測(cè),產(chǎn)生理想的結(jié)果(熵減)。

基于這種生物存在的本性,我來回答人類存在的一個(gè)基本問題: 活著的意義何在? 其實(shí)這個(gè)問題問錯(cuò)了,因?yàn)椴徽驹谏系垡暯牵氵B意義是什么都不知道。 而開啟物理思維,就是開啟上帝模式。

生命皆流: 生命是一個(gè)暫態(tài)過程。能量流動(dòng)的過程即生命。體現(xiàn)在我們的意識(shí)層面,就是永恒不息的欲望。食欲滿足后的愛欲,愛欲滿足后的求知欲?;蛘呶覀兛梢怨苓@個(gè)叫欲望守恒吧。欲望如同無序奔騰的河,意義不對(duì)應(yīng)某一欲望的滿足,因?yàn)橛蟛粷M是永恒的狀態(tài)。

快樂:如果意義真的存在,那么快樂是它唯一的載體。因?yàn)楦兄创嬖?,但是苦辣酸甜的感知本身是沒有好壞意義的。賦予他們以好壞的,是快樂不快樂。

但是快樂是什么? 神經(jīng)科學(xué)里把它和一種多巴胺的化學(xué)物質(zhì)聯(lián)系起來。 多巴胺是大腦對(duì)行為的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。這樣看來快樂只是表象,它是系統(tǒng)各種復(fù)雜因素綜合后的一個(gè)表征量(如同熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度)。如果你只為追求快樂而活你就注定達(dá)不到快樂,因?yàn)槟銢]有看到他背后的深層動(dòng)因。怎么才能快樂? 請(qǐng)往下看。

焦慮: 焦慮與不確定性相關(guān),因?yàn)檫@是生物要極端回避的狀態(tài)。任何不確定的事件,躲在森林里的老虎或者明早沒有準(zhǔn)備好的考試都使我們焦慮。所以有保險(xiǎn)業(yè)。從焦慮的對(duì)立面看,我們可以反觀快樂, 快樂必然與不確定性的減少,或者說秩序的建立相關(guān)(熵減)。

人生目的:人生本無目的,我們卻一定要賦予它一個(gè)目的,為什么要鉆牛角尖? 因?yàn)槟康氖琴x予人生秩序的手段,或者說從無序中劃出有序,從一大堆隨機(jī)的噪聲中聚沙成塔。 之后我管它叫生命之序。當(dāng)然并非每一個(gè)目的都可以成為序,只有那些能你把四處發(fā)散的欲望之流收斂到一處的目的才可稱作序。

人生目的的作用是在散沙之上堆砌起綿延的沙丘

序從哪里來??序在我們的基因里?;蚓褪莾|萬年光陰被大自然選擇的序。也正因?yàn)榇耍男蚴窍闰?yàn)的,不能由推理得來,而只可由生活經(jīng)驗(yàn)的積累中感知得到。

回到快樂:快樂有兩種,一個(gè)是快感,一個(gè)是幸福。 快感是暫時(shí)性的,往往與欲望滿足相關(guān),過后卻可以迅速的被空虛痛苦所抵消。 而幸福是快樂在時(shí)間的積分。 或者說持續(xù)性的快樂。 它與人生目的緊密相連。

持續(xù)的快樂來源于你所賦予人生的目的是否能特別有效的把你消耗的時(shí)間(能量)轉(zhuǎn)化為美妙的秩序。 序就像一個(gè)魔石或者說種子,如果找的準(zhǔn),它就可以把你的生命能量完全旋入其中,呈現(xiàn)出它本來該有的結(jié)構(gòu),其樂亦無窮。

人生意義: 生命的本質(zhì)即熵減。 通過確立符合自己的人生目的,最有效的把欲望之流中的無序轉(zhuǎn)化為生命之序,就是人生的意義。生命以負(fù)熵為食。也就是說,生命的維持和發(fā)展,是以造成環(huán)境的熵增加(亦即攝走負(fù)熵)為代價(jià)的。

? ? ? ? 作為獨(dú)立個(gè)體的意義首要找尋適合自身的序。 對(duì)于不同的個(gè)體,最優(yōu)的序是不同的。 因此,要思考人生目的一類的問題,不是空想一個(gè)我要當(dāng)大老板大教授,而是一種宏觀結(jié)構(gòu)的思維,尋找自身生命的宏觀結(jié)構(gòu)或格局。大老板大教授都覺得好,但是到你頭上,也許只是痛苦。你可以欺騙世人,卻難以欺騙自己。 而且錯(cuò)誤的序,實(shí)現(xiàn)的可能非常之低。


人生意義——熱力學(xué)熵(Entropy)解讀的評(píng)論 (共 條)

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