有关“熵”的报道两则

一、量子记忆缺失产生“时间之箭”①

所有物理学的基本定律都没有说过时间只能向前移动，但我们从未发现任何时光倒流现象——例如突然重行合拢起来的已破了壳的鸡蛋、或者是从温水池中形成的冰晶.现在，一项新的研究认为时间之箭是量子力学的记忆缺失之后果，该健忘症抹杀掉了时间有过的向后移动的任何痕迹.

我们的时间含义被囿于热力学第二定律，该定律声称：任何封闭系统，从一孤立的箱子里面的粒子到整个宇宙，只能是越来越无序.熵(Entropy)是对此无序度的量度.熵值只能增加，不会减少.

在宏观世界中，熵的变化伴随着热量的流动，而热流总是从热的物体流向较冷物体的.熵之变化也能被描述为信息流：一个系统的熵值越高，其所含的信息量越少.在量子世界：低熵的箱内粒子相互纠缠的程度不如高熵的箱内粒子相互纠缠的程度.

美国麻省理工学院的马可尼(L.Maccone)说，关于这一点，熵之不停顿地增长，因而热力学第二定律可能只是一个错觉(illusion)，一个量子力学的人工制品(artefact).量子力学定律是时间-对称的，这意味着时间既可向前也可向后流动.马可尼认为，“如果仔细分析‘定律’，但它们却不遗留下曾经出现过的任何痕迹.”

马可尼争辩：在熵减少的系统，发生的事件与观测者之间的联系或关联被抹净了.缺乏此信息，观测者，如我们，便不能看到事件了.例如，当破了壳的鸡蛋已自行合拢还原，但我们却未见到此情景的出现，因为有关这类事件的信息是不被保存的，好像是此类信息实际上从我们的记忆中被抹去了.

欲使量子力学适用于鸡蛋般的日常尺度，首先要它能在超出原子能级起作用，但从未见到自然界在较大尺度上以量子力学方式行事的证据.

二、超大质量黑洞将使宇宙热寂②？

众所周知，德国物理学家克劳修斯(R.Clausius 1822～1888)提出的熵是系统内部混乱度的量度！该物理量自从宇宙诞生以来一直在增值.澳大利亚国立大学的伊根(C.Egan)和莱恩威弗(C.Linewea-ver)引用最近发表的天体物理数据计算宇宙中之一切、包括气体和引力子在内的总熵，结果出现：超大质量黑洞是此总熵的最大贡献者.熵反映在一个物体内物质和能量可能安排的数目.因为黑洞的内部状态处于安全地隐秘之中，故它所能容纳的物质之不同组态的数目是难于知晓的.

两位科学家发现可观测宇宙内的一切含有约10104个单位的熵(J/K)，较之以前不包括一些最大的已知黑洞之估计高约10至1 000倍.

如果熵达到一极大级位，那将意味着宇宙的热寂(heat death).此时，将无能量的流动，因为一切都处于同一温度之下，从而生命和任何变化过程都不可能发生.虽然黑洞提升了宇宙的总熵，但不清楚的是它们是否会加速宇宙达到热寂.美国俄勒冈大学的物理学家许斯蒂芬(Stephen Hsu)说:“热量的流动使整个宇宙的温度趋于平均，但超大质量黑洞对热流的贡献并不是很多的.”

事实是这些黑洞在通过发出霍金辐射(Haw king radiaion)慢慢蒸发，粒子在靠近它们的边界产生.这种辐射能够导致宇宙热寂.但对于一超大质量黑洞要将近10102年才能把自己蒸发光.许斯蒂芬说：“那些黑洞内部的熵实际上是永远地闭锁在那里的.”这样，在恒星燃尽和它们的物质衰变很久之前，我们或许就能达到一个接近于热寂的状态.

注：①按Rachel Courtland ,Quantum amnesia gives time its arrow,New Scientist(29 August 2009),11编译

②按Rachel Courtland ,Mammoth black holes push universe to its doom,New Scientist(03 October 2009),8编译

(瑞 林)