我们经常在穿越时空——熵时论（学术论文）
2013-02-03 19:29阅读：
熵时论
2013.1.20
申淯夫
（本文中讨论的熵为广义的熵，范围大于热力学的狭义熵）
爱因斯坦的相对论告诉我们，两个惯性系以不同的速度运动，一个的速度越快，另一个惯性系测量的时间就越慢；一个远离强引力场的观察者测量一个越靠近强引力场的参考系的时间也越慢。在广义相对论中，一个惯性系和一个均匀的引力场等价。这两种参考系有一个共同特点：不考虑其内部结构（原子、分子等），则熵均为极大值。这样很容易让人把熵和时间联系到一起。为了讨论熵和时间的关系，有必要引入三种观念。
一、讨论熵时论所需的几种观念
§1无限筛选理论
生物的产生始终不能解释清楚。为什么自然选择了核酸作为主要的遗传物质，而为什么能发现一些没有核酸的生命体？我认为，这是一个随机事件在环境干预下产生的必然结果。在地球诞生初期，各种元素在地球上混合，每时每刻都在发生着化学反应。任何分子、原子都有相遇的可能，并且地球提供了庞大的反应空间和漫长的时间来支持这些随机性的反应。反应的生成物种类理论上是一个天文数字，但是只有有限的我们能够发现，因为大多数不能在地球环境中稳定存在而消亡了。这是一场惨烈的大筛选，竞选者接近无穷多，但是每万亿分之一秒也许就决定了几万亿种物质无法存留下来。淘汰机制也是极其高效的。于是一切能够找到适宜其存在的环境的物质便存留了下来。例如，当若干个碳、氧、氢以一种随机的方式相遇在一个温度适宜的位置，有机物便产生了。也许开始只有一个分子，但是几十亿年的积累最终决定了这种结构稳定的物质能够存留在地球上。核酸显然也是环境的适应者。并且可以肯定，有无数种未知的、也能起到遗传物质作用的有机物也生成了，但是它们要么自己分解了，要么因为不能积累而含量过少（也许只有几个分子）而无法主宰这个世界。核酸在偶然的机会与蛋白质联合，逐渐发展壮大。于是生物演化的第一步在经历了一个规模巨大到无法想象的淘汰、筛选后，走上了艰难的第一步。
核酸中碱基
的排列顺序是随机的。单拿DNA（RNA）来说，在概率学上，∑（i=1、2、3······n,
n→+∞）4^i种DNA(RNA)被排列出来了，但是显然绝大多数DNA(RNA)自己分解掉了，甚至只存在了一瞬间，因为它们无法指导一种能够适应环境的生物的生成。只有超越数底数几率的DNA保留了下来(而RNA的结构导致其保留下来的更少)，并偶尔和氨基酸相遇形成蛋白质并一同形成了最初的单细胞生物。也许这生物只有一个或两个，但是它有绝对的优势：自我繁殖。于是它成为竞争的赢家（毕竟一块石头无法与之相比，尽管石头更稳定一些）。不排除有某一A物质也经受了这种无限的大筛选，并且联合B物质生成了另一类完全不同的生物，但是这种生物要么夭折了，要么被DNA（RNA）生物消灭了。不排除会有一些A物质的生物存活至今，但是他们无法构成威胁（如果能构成威胁我们也无法生存至今）。并且这种大筛选还在进行着（所以有时会有类似疯牛病病毒的出现）。以上便是在我们地球上的情况。也许在外星球上，A物质占了上风（可能那里温度高一些，氧元素少一些，等等），于是与我们完全不同的外星人出现了。
这种无限筛选理论和强人存原理有着千丝万缕的联系。但不谦虚地说我的理论可能更负责任一点。毕竟庞大的宇宙空间和极其漫长的时间给我的理论提供了可行性。
§2超宏观理念
受无限筛选理论启发，我们知道，有时要站在上帝的角度看待事物。
曾经有一种原子内宇宙理论，即原子中是另一个宇宙。如今已经推翻，因为原子中是夸克，夸克中又有上夸克下夸克等等······但是分到最后会是什么呢？也许真的是宇宙。拿一个尚未推翻的理论做比，强相互作用和弱相互作用，是只存在极有限范围内的作用，对我们的空间层级几乎没有影响。其成因尚不明朗，大统一理论尚不十分完善。但是，宇宙空间如此之大，我们的空间层级与之相比，不正如强弱相互作用的空间与我们的空间层级之比吗？那么我们的物理定律也许对于宇宙来说根本没有什么太大影响。假若有一位几个星系那么庞大的巨人（这样的巨人宇宙中足够容纳几百万个，在他眼里万有引力定律就像强相互作用和弱相互作用一样，我们的空间层级和10^(-15)～10^(-10)
m的层级在该巨人眼里是等价的。如果要研究宇宙的通用理论我们必须站在这巨人的角度看问题。同样的，由于不确定性原理，我们至今研究不了布朗运动究竟有什么规律。而我们自认为我们人类的行为是社会性的，是有规律可循的。可是在巨人眼中呢？如果他没有洞察一切的智慧，他在用属于他们的扫描隧道显微镜观察我们的世界时，他一定也会总结出我们在做“布朗运动”，并把我们这些活生生的人定义为“微观粒子”。至于我们说的微观粒子、布朗运动，巨人要是没有极高的科技是根本意识不到其存在的，正如我们现在的境地一样。此时，把熵的概念教给巨人，他一定会毫不犹豫地把我们人类社会用熵来描述。这样，我们与巨人就有了矛盾。解决这一矛盾有两种可能，要么布朗运动、微观世界存在极强的规律性，要么我们人类根本没有规律。而这里的规律性又是建立在我们人类认知规律的基础上。由此观之，我们和微观粒子在超宏观的角度看根本是等价的。（但是绝对不否定人类行为学的作用。因为我的理论不是哲学。正如计算自行车的车速仍然使用牛顿定律而不是相对论。我们要尽可能地用简单的方法解决问题。）托马斯品钦写过短篇小说《熵》，和一些社会学家一样，将熵运用来描述人类行为。由上述的超宏观理念可以发现，这种运用是极其有道理的，并且是可以提升到科学理论高度的。也就是说，热力学上的熵、生物熵、信息熵、社会熵等等从超宏观理念的角度来说都是等价的
§3相对论的思维方式
人们都听说过这个小故事：一位浅薄的富商去请教爱因斯坦相对论，爱因斯坦给了这样的答复，大意如下：如果富商和爱因斯坦就相对论谈论上一个小时，枯燥的内容会使富商觉得过了一个世纪。但是，若把爱因斯坦换成一位青春性感的美女，富商即使谈上一天也只觉得过了一个小时。有些人把这理解成为一个笑话，但是这之中提到的现象的确被绝大多数人认同。干起喜欢做的事来感觉时间过得非常快；一旦人陷入沉思，也许不知不觉一个上午就过去了，而自己觉得才几分钟。这种现象是感知上的错误吗？爱因斯坦用这种说法调侃富商难道就毫无道理吗？一个人即使“真的”穿越了时空，他感觉到的变化又会和上述体验有什么区别吗？不会有。我们的感觉是等价的。而人类对时间的概念的建立完全取决于感觉，所以感觉上时间的变化（我称为时间感）便等价于时间的变化。这是相对论的思维方式，下面简述这第三种观念：相对论的思维方式。
甲是一个运动得快于乙的物体。于是甲提前于乙到达了目的地。这有几种理解方式：甲运动得快于乙，二者时间流速等同；甲和乙运动得一样快，但甲的时间慢于乙；甲和乙运动的速度姑且不论，但是在乙看来甲的时间慢于乙。这三种说法是等价的（如爱因斯坦所言：抛弃绝对时间的观念的话）。理财专家们有类似的想法：省钱和赚钱等价。至于为何时间和光速有着那么重要的联系，可以先从音速入手。你的速度越接近音速，你说出的话你自己听来就会拉得越长，正如时间放缓。速度等于音速，你只说一个字但在你自己听来就会是连续不断的，因为声音始终和你相对静止，一直在耳畔萦绕，直到声音的能量被空气吸收耗尽。速度超过音速，你说的话你自己将不会听见，因为发出的声波未进入你耳膜就被你落到了后面。但是你有时会接收到来自前方的声波，但你不会听出这声音是什么内容，因为它被拉长了。而一个听你说话的人，当你超过声速时，他会在你冲过你身边后听到倒放的你说的话的内容，正如时间倒流——但是所看到的还是正常顺序。此时，将声速换成光速：达到光速时，你和慢于光速的观察者会发现你留下了一长串你自己的像，你同时存在于一连串的地方，即时间静止；你超过光速时，你看不见你自己，但是接收到来自前方的光线时，你所看到的光被急剧拉长会形成“开普勒效应”若你追上和你同向的光线，看到的则是爱因斯坦的“色逸”。而一个观察者在看你时，他会先看到你在近处的像，再依次看到远处的像，正如电影倒放。（且倒放的速度等于你的速度减去光速，正如数学中正无穷加一等于负一而正无穷不等于负二）你到达他眼前的事件先于你出发时的事件，即时光倒流。并且你的时间还是很正常，但是在观察者来看，你的时间倒流了。这是相对论所提出的，并由绝大多数人所承认的。此时不难看出，相对论中，对时间的感知建立在感知光线的基础上。我们对光线的感知构建了我们的时间理念。而在超过光速的情况下，我们建立时间感所依赖的光线进入眼中的顺序被倒置了，使得我们有了时间倒流的时间感。而按照相对论的思维方式，建立了时间倒流的时间感便等价于时间倒流，因为时间具有相对性。带着这种相对性的思想，我们进入熵与时间关系的讨论。
二、熵和时间关系
§4孤立系统的熵时论基本内容
一只鸡腿放在桌面上，常温下不超过三天定会腐败。而石头放在桌面上则不会。如果我们只观察这一只鸡腿，那么我们会有时间感。鸡腿的腐败告诉我们时间的流逝。而我们若只观察石头，我们的时间感将是静止的，因为我们看不出什么变化。根据相对论的思维方式，这与石头相对于我们的时间静止，鸡腿相对于我们的时间在流动是等价的。那么如何降低鸡腿时间的流速，使其能保存更长时间呢？很简单，放进冰箱。为什么放进冰箱就能延长鸡腿的保质期（使鸡腿时间变慢）呢？因为低温抑制了微生物滋长和鸡腿上物质的挥发和分解，而归根结底是使鸡腿由原来存在大量稳定化学键能的低熵态转向高熵态（完全腐败的状态）所需时间增长了，即鸡腿熵增加的速度变慢了，从而使得鸡腿的保质期延长（鸡腿的时间变慢）。也就是说，鸡腿腐败的过程是其熵变大的过程。当其熵为极大值后（鸡腿烂的只剩骨头）鸡腿便几乎不再变化，正如一块石头，此时再观察这鸡腿便失去时间感，其时间静止。将熵与时间如此肯定地联系在一起是基于相对论的思维方式的支持。我们建立时间感所依赖的，一种角度说是光线，换一个角度说是事物的变化。如果身边的一切都毫无变化，那么我们的时间感是静止的，这与时间静止等价。而根据热力学第二定律，熵总是在增大，也就是说熵的变化使周围物体显示出变化，进而让我们能确定时间感，所以熵的变化和时间的变化是等价的。我定义一个熵不为极大值且具有熵增加至极大值趋势的系统为有时间活性的系统。再结合上述鸡腿腐败的熵的原理，我得出了重要结论：（相对于一个低熵态且至少短期稳定在低熵态的观察者，如人类）
一个熵为极大值或熵的变化速度为零的系统时间静止
一个熵处于极大值可熵仍在增大的系统时间倒流
熵的变化速度越大时间流速越快。
这里引入了新概念：熵的变化速度（简称熵速度Vs）。我将其定义为：
Vs=(S-So)/T，(So为系统现在熵的大小；S为熵的极大值，可以根据情况而定义为系统熵不再增加时熵的大小；T为此时孤立系统熵达到极大值所需固有时间，譬如一个鸡腿腐烂所需时间同时T>0。由于汲取负熵的系统不可能不在外部作用下自然汲取负熵，所以熵减小时不计算熵速度。)
由于熵在测量时不能将系统的一切元素都包含在内，譬如计算一堆棋子的熵则不能考虑构成棋子的原子中的电子的熵，不然任何事物的熵均为极大值（如果有一位超越四维的熵态未知的观察者观察我们的宇宙，在他眼中所有事物的熵均为极大值，一切事物的时间都是静止的，正如上面所述。但我们不考虑这一情况，毕竟我们人类是三维的低熵态的观察者）。由于人类所处维数的局限性，正如温度分为核自旋温度和晶格温度等层一样，我们也必须提出时间的层次性，即时间分层。熵和时间的计算分在这几个层级中计算，同一个系统内，几个层级的时间可以以相对于一个观察者不同的速度流动（这也解释了为何人死亡而原子不消亡）。同时层级的划分并不做限制，就情况而定，毕竟几个原子的熵不能考虑电子，而几个细胞的熵又不能考虑原子。
间接地，可以得到速度和熵的关系：
（同一时间层级内）
系统的速度越大，系统的熵就越大。
速度达到光速时熵为极大值
一切以光速运动的物体熵相等
根据数学原理和上面的结论又可进一步推出
熵为极大值与熵为零等价
熵小于零等价于熵大于正无穷
以上就是孤立系统的熵时论的基本内容。
§5
孤立系统的熵时论在量子力学界的几个结论或佐证
1、四极离子阱，能够将电子束缚在一个极小范围内一段时间。而电子总是在做接近光速运动，使之被束缚在一个极小范围内一段时间，从时间感上等价于我们观测到电子的时间放缓了。而四级离子阱用四个磁极创造的环境正是一个低熵态的，使电子的运动趋于有序的系统，从而达到了使电子时间减慢而利于我们观察的效应。
2、解释按照玻尔模型多电子离子中电子围绕核高速旋转而不损失能量的原因：一组高速运转的电子由于其速度接近光速并且熵接近极大值，相对于我们人类这种低熵态的观察者时间几乎是静止的，所以我们很难观察到它能量的损失。但是又可推测出我们应能通过长时间的观察而观察到其及其微弱到几乎探测不到的能量损失。
3、将量子力学和现实相比较来表现量子力学的不完备性是有漏洞的的思维方式。因为二者不在同一层级。同时可以推断，人类不能观测到微观粒子长期的变化，因为其相对于我们，时间都十分之慢。所以扫描隧道显微镜无法拍摄动态图形，在扫描过程中从不会发现微观粒子在运动。所以如果只用我们人类的时间层级来观测的话，我们观测到的只是微观粒子一生中极短暂的一瞬间。因此可以推测，我们发现的许多种微观粒子很可能只是同一种粒子或少数几种粒子一生中的不同阶段。此时提供一种研究思路：将各种粒子均人工加速至接近光速，然后通过其寿命长短来按顺序排列，找出其规律，进而推算出哪些粒子属于同一种粒子的不同时期。
§6 熵时论在生物界的几个结论或佐证
4、各种哺乳动物一生中心跳总数基本接近：生物出生时为低熵态，然后逐渐增大，期间通过饮食来汲取化学键层次负熵以延缓化学层次衰老，但是生物活性层次的熵始终在增大，其具体表现为心跳，因为心跳一次会给全身细胞施压一次，在一些终身不分裂的细胞中造成永久积累性损伤（如脑细胞），这实则仍为该类细胞的熵增大。此时熵的变化速度可以用心跳来间接表示。所以心跳频率与寿命基本成反比，即熵速度与时间流速成正比。
5、正常分裂期细胞分裂次数有限而癌细胞可无限分裂：分裂期细胞在分化前总得来看不积累低熵态化学键能，所以熵增加趋势不变；信息有规律性可提供负熵，普通分裂期细胞信息量严格受糖蛋白、激素、胞间连丝等控制，因机体生理功能限制不会提供足够的信息来使细胞维持低熵水平持续分裂；癌细胞脱离糖蛋白等控制，内部DNA持续分裂，提供足够遗传信息（负熵）来使之维持在低熵水平，因而能持续分裂。
6、生物种群的稳定性：猴群狼群狮群等都有低熵态的种群结构（我称为单个体集权竞争上岗制）；迁徙动物有固定的迁徙路线、时间几千年不变······种种迹象表明低熵态有规律计划的群居生物模式能够使该种生物模式及其对应生物种群存留时间较长（时间变慢）。而人类等介入常会导致种群提前崩溃（熵速度增加，时间变快）
7、生物在低温冰冻时熵维持在低态，熵速度为零，时间相对于我们静止，所以能保存在低温极长时间不死亡，且解冻后能继续生活。
§7 熵时论在地球物理学界的一个结论或佐证
7、长期存在较稳定的的气象现象都是低熵态有规律的，如大气环流、洋流等。而气压带间总是更低熵态的存留时间长并切断较高熵态气压带，如1月亚洲高压切断副热带低气压带，内陆气压带稳定、温度带均匀，熵态低（时间慢），起主导地位。同时洋流中寒流大多比暖流稳定。而乱流等高熵态的大气现象都只能短期存在（时间变快）。
§8 熵时论在人类社会中的几个结论或佐证
8、工作效率高的公司意味着各项工作分工明确有条不紊，是低熵态且能稳定在低熵态的结构，从而时间流速慢，这样的公司不易倒闭。而组织混乱结构漏洞的公司处于高熵态且熵速度较大，所以很快就会破产。
9、一个未开发的市场是一个低熵态且熵速度小的系统（时间慢），将商品投入该系统是在注入正熵，而更多公司的介入引发竞争，会使熵速度变大（时间变快，发展迅速）。当市场进入高熵态甚至达到极大值，这个市场就失去商机了（时间静止）。
10、政府在建立之初为低熵态系统，新的人员任用将使熵增大，而适当改革裁撤人员能为系统注入负熵。若人员急剧膨胀，等同于熵速度增大，时间变快，政府倒台更快。而适当改革、人员裁撤注入了负熵，使正熵速度减小，政府掌权时间延长（时间变慢）。
三、基于熵时论的等时间流速分层设色图
§9等时间流速分层设色图
通过卫星测量一个地区人口层面的熵已经能轻易做到。而等时间流速分层设色图需要更大量的数据。如果要建立人类社会层面的等时间流速分层设色图，不仅需要人口密集度数据，还需要当地的社会治安，上层建筑结构，甚至排水管道分布等数据，从而以一个标准城市为参照物，计算出另一个地区的熵及其熵速度。参考的数据越多越充分，从而能绘出一个地区甚至全世界的等时间流速分层设色图。从而能看出全世界各处社会层面的时间流速。这种图能轻易地预言这个地区未来的走向：高速发展或爆发战争。同时，一定还会从中看到许多有趣的现象。
而人们最关心的是生物层面的时间流速分层设色图，因为这关乎自己的寿命。人们对社会的走向关注度没有关注自己的生命高，因为人的生命还不足以经历太多社会变革，毕竟搞政治的人没有平头老百姓多。那么生物层面的熵该如何绘制？可以通过调查一个地区所有生物（尽可能多即可）的寿命数据，已死的寿命多少，未死的已经有多大岁数。越大的数据量绘出的图就越精确。从而大体估测出这个地区未死的人剩下的寿命。同时，几个长寿者可能会使图中出现高峰值，通过高峰值的分布一定能绘出低熵速度曲线。这样的图一定能看到更多有用的信息。
可以设想出等时间流速分层设色图上将有如下规律：相同色块内发展速度相近，对应层级时间流速看做相同。由此也可预言宏观上一个地区的发展趋势。这是我们这些低熵态的观察者们所能分析出的一切。至于微观世界的时间流速分层设色图，则是不适用的。因为我们有能力对之进行更精确的测算。而对宇宙空间的时间流速分层设色图，则可以用于推知宇宙的全貌。我们现在观测的宇宙是时间递减的，越边缘处看到的越古老。利用时间流速分层设色图可以得到一个宇宙等时的，宏观的全貌，从而脱离人类所处环境的局限性。
四、我们已经做到了极短时间内的时间倒流
§10 涨落现象和小于零的熵
系统的熵持续增加，好比一堆棋子被不断搅拌，这是存在一种可能：棋子一瞬间被搅拌成了规则的矩阵。爱因斯坦称这种现象为涨落。同时，涨落也能造成一些物理上的极特殊现象如负温度，即温度超过无限大。但是由于涨落几率过于小，所以都不去考虑。但是，人类却始终对穿越时空充满好奇，同时霍金告诉我们，身边到处都有虫洞，但是我们进入虫洞的几率小得和涨落的几率差不多。那么，既然我们要进入虫洞，就不得不研究涨落，在本文中就着重讨论熵的涨落。毕竟，熵和时间紧密相关，如果能人为地制造熵的涨落，那么穿越时间就不成问题。也就是说，我们要让熵处于极大值的系统的熵进一步增加，此时这个系统相对于我们就会是时间倒流的状态。在科学家的试验中，曾经出现过小于万亿分之一秒的涨落现象。也就是说，在搅拌棋子时，科学家偶然将之搅拌成矩阵的情形了。但是只一瞬间，棋子又被搅乱了。如果我们能找到方法，使棋子一旦被搅拌就被搅成矩阵，我们就建立了时间旅行的门。我们可以任意穿越时间。
假设有一位勇敢的老年人愿意作为穿越时间的试验品，回到他出生时细胞的状态那么我们要使之的熵达到正无穷后并进一步增大。可以用极强的无扰动方向集中能量将他的组织结构全部拆成原子。这时再用某种手段使之发生涨落并保持涨落状态，他的细胞被能量排布得极有规律，这时这些细胞便做着时间倒流的“工作”。当我们通过计算得出他应该回到他想要的年龄了，将能量逆转，使老人的细胞排列方式恢复到原来的状态，将老人还原回来。如果能量没有扰动的话，老人可以毫发无损并且细胞会焕然一新，如同婴儿的细胞一样充满活力。外观暂时不会改变，但是现有的细胞更新换代后老人将拥有婴儿的肌肤并继续发育。这样就完成了时间倒流。但是想让老人变成一个婴儿则更加复杂，要将此过程笼罩整个地球，然后要有一批记录者到地球外观看。同时，破坏的不是组织而是人类社会结构，当过程结束后回到地球，会看到过去的世界，自然包括过去的老人。自然，需要的能量和条件的苛刻程度将成几何倍数增加。但是，也许黑洞爆发放射出的极强伽马射线可以做到这一点，但其扰乱的空间层级无法控制，也许使整个地球从此都变成了诞生初期那么崭新的微观粒子了。
灵感来自以下科学家或文学家及其艰辛努力的成果，排序随机
Rudolf Clausius Jules
Gabriel Verne
Albert Einstein
C.R.Darwin Stephen William Hawking
Erwin Schrodinger
Satyendra Nath Bose
杨振宁
Claude Elwood Shannon
ThomasRugglesPynchon,Jr
Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de
Lamarck I.llyaPrigogine
作者简介：申淯夫 永远都是中国人 地址：吉林省吉林市吉林市第一中学 call:15568295954
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