我们生活的这个世界，对秩序的嫌弃超乎你的想象_风闻

原创：中科院物理所

作者：Alan Lightman

翻译：loulou

审校：Nothing

来自印度纳姆加尔寺的佛教僧侣举行了一种仪式：创作一种复杂的彩色沙子图案，这种图案被称为曼陀罗。每个曼陀罗直径大约三米，制作这么大的曼陀罗需要几个星期的艰苦工作，其中几个穿着橙色僧袍的僧侣在金属小瓶上划开小口。他们将瓶子里的沙子从微小的喷口（一次几粒）挤到由粉笔精心测绘出来的区域里。慢慢地，慢慢地，他们创作出这些古老的图案。仪式结束后，僧侣们祈祷片刻，然后在五分钟内将曼陀罗全部清扫干净。

虽然我没有目睹过这种特殊的仪式，但我在东南亚旅行期间看到过许多曼陀罗。对于佛教徒来说，曼陀罗的创造和毁灭象征着世事无常。这种仪式也让我联想到世界的秩序与无序间奥妙无穷的共生。

令人惊讶的是，大自然不仅需要无序，而且对无序的需求远超我们想象。行星，恒星，生命，甚至时间的方向都依赖于无序。我们人类也是如此。特别是由无序这个概念发散思维，我们将诸如随机性，新颖性，自发性，自由意志和不可预测性等概念组合在一起。

有序和无序对我们的吸引力一开始出现在现代美学中。我们喜欢对称和模式化，但我们也喜欢不对称。英国艺术史学家恩斯特·贡布里希认为，尽管人类在心理上对有序有着深刻的喜爱，但艺术中绝对完美的有序却有点无趣。

“然而，我们分析了规则和不规则之间的区别，”他在《秩序感》（1979年）一书中写道，“我们最终一定能够解释关于审美的基本事实，即我们的愉悦感介于无趣和困惑之间。”太多的秩序，我们会失去兴趣。太多的混乱，则没有什么有意思的。我的妻子是一位画家，她总是在画布的角落里涂上一抹色彩，失去平衡的画更具吸引力。显然，我们的视觉“甜蜜点”介于无聊和困惑，可预测性和迷惑之间。

人类对秩序和混乱的看法存在自我矛盾。我们被这两者来回吸引。我们有时候钦佩原则、法律和秩序，讲究事出有因，寻求可预测性。有时候，我们又重视自发性，不可预测性，新颖性和无拘无束的个人自由。我们喜欢西方古典音乐，也欣赏爵士乐的自由奔放或即兴节奏。我们被雪花的对称所吸引，但我们也陶醉于高高的云朵的无定形形状中。我们欣赏纯种动物的常规特征，同时我们也对杂交很感兴趣。我们会尊重那些能够理性地选择并规律生活的人，但我们也尊重那些打破规则的人。我们颂扬自己的狂野，奔放和不可预测。这就是我们人类，一个奇怪而矛盾的动物。而我们所在的宇宙同样奇怪。

你也可以在我们的科学与艺术中看到有序和无序的创造性张力。公元前250年，阿基米德提出了自然界最早的定量定律之一:“任何完全或部分浸入液体的物体都会受到一种向上的力，其大小与被排开的液体的重量相等。”为了验证这个优美的定律，阿基米德对不同形状和大小的物体，在不同的液体中，如水和水银，进行反复的实验。（希腊集市上有秤，用来称量小麦、咸鱼、玻璃、铜和银。）

阿基米德

我们总是把创造力与新奇、惊喜以及发散思维联系在一起。发散思维是以自发的、无序的方式，来探索解决问题的不同途径和解决方案。相比之下，趋同思维是一种更符合逻辑、更有序的逐步解决问题的方法。1910年，法国数学家亨利·庞加莱(Henri Poincare)将他的一项数学发现看作是这两种逻辑共同孕育的:

15天来，我一直在努力证明，不可能有任何(数学)函数像我后来称之为富克斯函数那样。那时我很茫然，每天都在办公桌前坐下，待上一两个小时，尝试了很多组合，但都没有结果。一天晚上，与往常不同，我喝了黑咖啡，然后那天晚上我失眠了。各种想法在我脑子里涌现。我感觉它们在碰撞，直到其中两个想法碰撞反应融合成一个成熟的想法。

毫无疑问，很多时候我们的创造力是由融合和发散一起激发的，就像交响乐一样。

直到十九世纪，自然界中无序的关键作用才得以阐明。这项任务落到了德国物理学家鲁道夫·克劳修斯(Rudolf

Clausius)的肩上。他于1822年出生在波美拉尼亚，并在柏林大学接受教育。他的父亲是一位牧师。也许是受到了父亲的影响，克劳修斯是个很有原则的人。1888年克劳修斯去世时，他的哥哥罗伯特(Robert)这样描述他:“他的一个主要特点是真诚和忠诚。”

和阿尔伯特·爱因斯坦一样，克劳修斯也是一位理论物理学家——也就是说，他所有的工作，包括他关于无序的开创性工作，都是用铅笔和纸完成的壮举。克劳修斯关于无序的著名论文《论热的动力以及由此推出的关于热学本身的诸定律》(1850)发表于他成为柏林皇家炮兵工程学院物理学教授的同年。克劳修斯在那篇论文中指出，物理世界的变化与有序自发地向无序运动有关。事实上，如果没有无序，宇宙中没有任何东西会改变——就像一排笔直的多米诺骨牌被牢牢地固定在一个地方，或者像一个完整的佛教曼陀罗被锁在一个银行保险库里，不会被纳姆加尔寺的僧侣扫除。

“热”这个字眼出现在克劳修斯论文的标题中，因为无序程度的不断增加往往与热量从热端到冷端的转移有关。在后来的一篇论文中，克劳修斯创造了熵（entropy）这个术语作为无序的量化度量。这个词来源于希腊语ἐν(en),意味着“在”，而τροπή (tropē)这个词意味着“转换”。熵的增加与世界的转变、运动和变化有关。无序度越大，熵越大。克劳修斯写在论文的最后两句话是:

1. 宇宙的能量是恒定的

2. 宇宙的熵趋于最大值

有序会自发地会向无序转变，熵会不断增加，直到不能再增加为止。正是这种运动推动着世界的运转。干净的房间布满灰尘；寺庙慢慢破败；随着年龄的增长，骨骼变得脆弱；恒星最终会燃烧殆尽，将它们的热量辐射到广阔无垠又寒冷的太空——但在此过程中，它们为周围的行星提供了温暖和生命。我们的生存依赖于这种不断增加的无序。

甚至像时间方向这样基本的东西，也是由有序到无序的运动所支配的。如果你觉得这是无稽之谈，不妨想象一个视频场景：玻璃杯从桌子上掉下来摔在地板上，这是最常见的一种从有序到无序的转变。对我们来说，这场景看起来再正常不过了。但如果我们看到是一个完全相反的场景：玻璃碎片碎片从地板跳上桌子，聚集成一个完整的高脚杯，我们会说这是倒放的视频。为什么?因为当我们走向未来时，一切都从有序过渡到无序。有人甚至认为时间的前进方向是无序的增加。事实上，如果没有这些变化，我们将无法区分当前和未来。没有时钟，没有鸟儿的飞翔，没有树叶从树上滑落，没有呼吸。宇宙将永远是一张静止的照片。

无序同时也是这个深刻问题的答案:为什么宇宙存在那么多物质而不是一片虚无?(这样的问题让物理学家和哲学家夜不能寐。)为什么存在物质，而不是纯粹的能量？从科学的角度来看，这个问题与反粒子的存在有关。科学家在1931年预测了反粒子的存在，然后在1932年它就被发现了。每一个亚原子粒子，例如电子，都有一个相对应的反粒子。除了电荷相反和某些其他性质不同，粒子和其对应的反粒子是一样的。我们把这一对中的哪一个称为“粒子”，哪一个称为“反粒子”，这是一个惯例问题，就像北极和南极一样。当它们相遇时，粒子和反粒子相互湮灭，只留下纯粹的能量。

如果在初期的宇宙中有等量的粒子及其反粒子，就像人们对一个完全对称的宇宙所期望的那样，那么所有的物质都会在数十亿年前被湮灭，只留下纯粹的能量。没有恒星，没有行星，没有人类——或者任何其他物质。那我们为什么在这里？为什么不是所有的粒子和它们的反粒子都消失了呢？

1964年，人们终于找到了这个问题的答案。在当时非常精细的实验中，我们发现粒子和反粒子的行为并不完全相同。当然，它们与其他粒子之间的相互作用存也在轻微的不对称性，因此，在宇宙诞生后不久，粒子及其反粒子就没有等量地产生和毁灭。在粒子和它们的反粒子发生大规模湮灭之后，还有一些粒子会保留下来，就像学校舞会上多出来而坐在板凳上的男孩一样。那些剩余的粒子以及产生它们的不对称性就是我们存在的原因。

无序不仅解释了物质产生的细节，它也深入到生命本身的结构中。生物学中有关无序最著名案例可能是基因的重组——即通过突变，以及通过病毒和其他生物体转移基因。通过这些随机的过程，生物体出现了不同的结构，而这些结构可能从来没有被取过样。基因轮盘的旋转是完全随机的，它们的结果也无法预知。但是如果没有它们，许多生物将会因为无法适应不断变化的环境条件而灭绝，地球上的生物多样性将会大大减少。

在生物学中，我们了解无序的另一种重要方式是通过一种叫做扩散的过程。在这过程中，原子和分子的随机碰撞自动地消除了能量以及物质的不均。如果你把一桶热水倒进盛着冷水的浴缸里，你自己就能看到这一点。首先，浴缸会有一个热的区域和一个冷的区域。但是热水会很快和冷水混合，直到浴缸达到一个统一的温度。这是扩散。套用克劳修斯的说法，扩散不需要消耗任何能量，但它增加了无序，从而使物质和能量发生了变化。没有随机的分子碰撞，就不会发生扩散。热水会停留在浴缸的一边，冷水会留在另一边。

扩散是在体内运输重要物质的重要机制。以氧气为例，它是能量产生所需要的的基本气体。每次吸气，我们的肺里面都会产生高浓度的氧气。肺部的微小血管含氧量相对较低。这使得至关重要的氧气从肺部“扩散”到血液中，然后，利用同样的方法，从血液扩散到全身的单个细胞中。这种定向运动是随机碰撞的结果，倾向于将氧分子从高氧浓度区域转移到低氧浓度区域。如果没有随机的碰撞，肺里的氧气就会被困在肺里，身体的细胞就会缺氧而死。

我们神经细胞之间的信号是扩散的另一个生物学例子。当带电的钠离子和钾离子穿过神经细胞的细胞膜时，它们就会产生电脉冲。换句话说，这种运动是带电离子由高浓度离子区域随机移动到较低浓度的区域，消除了离子的浓度差。

神经元（图片来自网络）

但无论是这些微观领域的例子，还是克劳修斯对熵的深刻见解，都无法解释人类对有序和无序之间矛盾的疑问。

从进化的角度来看，有序意味着可预测性、模式化和可重复性——所有这些都能让我们做出准确的预测。这对于知道什么时候猎物会穿过森林，或者什么时候应该种庄稼是很有用的。对我们生存的好处也是显而易见的。有意思的是，对惊喜、机遇和新奇事物的关注也能带来益处。如果我们太过习惯自己的日常生活，当事情发生变化，比如说有一条路我们走过上千次从来没发生过任何意外，某一次经过时突然出现了一只老虎，我们就无法做出反应。因此，我们既喜欢可预测的事物又好奇不可预测的事物，也是有道理的。

写这篇文章的时候，我正在听奥地利作曲家安东·布鲁克纳于1887年创作的第九交响曲。随着交响乐主题的不断延展，第二乐章给人一种不祥的感觉，仿佛某种黑暗的秘密正在被隐瞒。但我发现自己被第三乐章的慢板部分迷住了，在一段令人难忘的和谐旋律之后(也许预示着即将到来的秘密)，声音变得越来越不和谐，音量越来越大，直到我们听到雷鸣般的号声，随之而来的是更多的冲突，就像海浪拍打着海岸，然后是片刻的沉默，琴弦又恢复了平静的抒情。这种和谐与不和谐的旋律不断交替一直持续到乐章的结尾。我在想，如果不把和谐与不和谐、光明与黑暗、光滑与粗糙这些有序与看似无序的元素在一起呈现，这幅作品中和谐的部分是否会仍旧如此美丽。当然还有布鲁克纳自己——一个像我们所有人一样的偶然事件，细胞的一个随机碰撞在这个奇异的宇宙中产生了奇异的生命。

原文地址：

https://aeon.co/essays/the-music-of-all-time-is-a-duet-between-order-and-disorderdo