對熵的討論在本書當中是極為必要的，對讀者來說也是也是一個需要重點探索的話題。熵的觀點所代表的不僅是吉布斯世界觀，還有他同牛頓力學之間所存在的幾個具有代表性的分歧。在吉布斯看來，整個宇宙當中存在著一個物理量，它存在于可能的外在世界，并且成為極為有限的問題的根本答案。

宇宙局部區域的秩序性讓人們對進步充滿期許和追求，而消息和通信讓人們越來越多地理解了這個局部世界。只是如果熱力學第二定律真的是宇宙的重要支撐，那么無論是在進步的世界還是增熵的世界，我們都將無法避免最終的結局——熱寂和毀滅，就像一個人出生就一定會死亡一樣。

雖然如此，在最終的滅亡之前人類還要經歷一段很長的時間，所以我們需要放下悲觀主義的情緒，用足夠的信心和勇氣來詮釋人的價值與尊嚴。人們能做的還有很多，對于人類最重要的就是通過消息的研究來理解自己的處境和周圍環境。而在未來的發展當中，人和機器以及機器和機器之間消息和通信將會占據越來越重要的地位。

1.天才的“麥克斯韋妖”

伴隨著熵的不斷增加，宇宙同其中所有的閉合系統都將會出現一種傾向：從最小到最大的可見狀態運動，從那些存在種種形式與特定的組織，到那些具有差異的抑或單調的狀態，所有的一切會慢慢變質，它們的特殊性也會逐漸消失。

在吉布斯的世界里，最小可見的是秩序，最大可見的是混沌。假如真的存在這樣一個宇宙，那么當它開始趨于衰退的時候，就會有一些局部的區域同整個宇宙的發展方向完全相反。同時這些局部區域的內部組織也會出現暫時且有限的增加趨勢，生命就是在這些局部區域內找到了安身立命的棲居地。而控制論就是從這樣的觀點核心出發的。

依據這個觀點，如果自然界的統計趨勢傾向于秩序紊亂，那么就意味著孤立系統熵存在著增加趨勢。這一點通過熱力學第二定律即可表現出來。根據這一定律，一個孤立系統的總混亂度——熵永遠在增加，更精確地說，熵永遠不會減少。

這是一個不可逆的過程，但是人并不是一個孤立系統。我們借助外界獲取的食物來產生和增強能量，所以我們是一個更大世界的組成部分，這個世界能夠將支撐人類生命的種種能量都涵蓋在內。而且更為重要的是我們可以通過自己的感官獲取信息，并能依據對信息的判斷去行動。

這樣的陳述更多的是關于人與環境之間的關系，就這一點物理學家們已經對其足夠熟悉。而信息在這方面的作用則是以天才的表示——“麥克斯韋妖”來呈現出來。

麥克斯韋妖是在物理學當中假想的，可以探測并且能控制單個分子運動的“類人妖”或者與之功能相同的機制。它在1871年被英國物理學家麥克斯韋提出，目的是為了推論違反熱力學第二定律的可能性，又被稱為“麥克斯韋精靈”。現在我們就來對其猜想進行具體描述。

一個絕熱容器被等分為兩格，里面裝的都是氣體，而且各部分的溫度相同。這些氣體中一定有一些分子運動的速度快于其他分子。我們假設這個容器當中存在一個小門，當氣體經過它后就會進入到一個導管A中，而這個導管則可以開動一部熱機。同時，熱機上的排氣裝置則會和另一個導管B相連，導管B可以經過容器的另一個小門，讓經過它的氣體回到容器當中。

每一個小門口都有一個小妖，小妖具有鑒別氣體分子的能力，它們會根據氣體分子的速度去開關門。第一個門口的小妖只會給速度快的分子開門，如果經過它的是容器內的低速分子，它就會把門關上；第二個門口的小妖恰好相反，它只會給速度慢的分子開門，如果遇到高速分子它就會“閉門謝客”。

兩個小妖這樣做的結果就是容器一端的溫度在升高，另一端的溫度則在降低。這樣的結果并不違反熱力學第一定律，即給定系統的能量守恒；但是它違反了熱力學第二定律，這樣看起來麥克斯韋妖似乎克服了熵增定律。

麥克斯韋妖這個觀念我們可以用一個更為具體的例子來說明。假設地下道有兩個旋轉門，有一群人從這兩道門中走出來，其中有一扇門只讓速度快到一定程度的人通行；而另一扇門則只會讓速度慢到一定程度的人經過。那么，這個地下道的人群將會變成兩股，從第一個門里出來的人都走得很快，而另一個門經過的人則都非常緩慢。

如果我們像腳踏車一樣用一根鏈條將這兩個門連接起來，那么走得快的人流和走得慢的人流分別從不同的方向去轉動腳踏車，前者的力量就會大于后者。于是，從這種人群的偶然走動過程中，我們就能夠得到一個有用的能源。

速度不同的人流因差異而出現的能源讓整個過程看起來非常有趣，而且這種差異也是世界先驅和我們之間在物理學上的差異。在19世紀物理學家們心中，取得信息不需要付出任何代價；但是在麥克斯韋的理論里，供應能源的問題并不會發生在任何一個妖身上。

發展到今天，現代物理學已經證實麥克斯韋妖取得信息的方式只能通過某種類似感官的東西，只有借此受迫之后它們才能做出開門或關門的舉動。基于這樣的解釋我們可以將這種感官看作眼睛，而刺激妖眼睛的光，實際上同樣是具備機械運動的各種特有屬性的。它絕對不能夠是一些不帶能量、僅僅附加于機械運動的東西。還沒有一種儀器能接收到光，除非光先碰到它；通用光也不能指示任何一個粒子的位置，除非它當中去了粒子。

這樣的情況有力地說明了，麥克斯韋妖容器當中存在的只有氣體，即使從純粹力學角度來看也是如此。容器中除了氣體之外還含有光，而且二者是處于一種不確定狀態——平衡或者不平衡。

如果容器內的光與氣體是一種平衡狀態，那么我們就可以通過現代物理學說推論出麥克斯韋妖實際是瞎子，它們根本無法看到容器內的光。這樣一來，對于氣體粒子的動量和位置，光就不會起到任何的指示作用。因此這種假設是不成立的，而麥克斯韋妖也只能在一種不平衡的狀態下工作。

但這樣還是存在一些問題。在光和氣體不平衡狀態的系統當中也會出現一種趨勢，即光和氣體粒子之間必然存在守恒的碰撞，這種碰撞的結果就是最終致使二者達到平衡。所以也就證明了即使麥克斯韋妖可以將熵的演變方向暫時顛倒，但是最終這些妖們還是會精疲力竭。

另外一種情況就是光從系統之外進來，這時它的溫度只有同容器內粒子的力學溫度存在差異，麥克斯韋妖才能持續地工作。而這種情況似乎是我們最熟悉和常見的，因為我們的周圍時時刻刻都在反射著太陽光，并且地球上的太陽光和力學系統一直處于不平衡狀態。嚴格來講我們所遇到的粒子，其溫度一直恒定在一個范圍之內，是50～60華氏度，而太陽光剛剛離開太陽的時候則能達到幾千度。

在這種非平衡狀態系統當中，它的整體或者局部中熵增定律沒有作用，這里熵不會增加，反而會局部地減少。但事實上存在于我們周邊世界的這種不平衡狀態只是暫時的，它是衰退過程中的一個階段而已，最終這個階段的不平衡狀態也會趨于平衡。

就像我們每一個活著的人都無法避免死亡的結局，我們周圍的整個世界也是如此，都將走向毀滅。到了那個時候宇宙就會再度回歸到溫度平衡狀態，任何新鮮事物也將不再出現。那時一切都將回歸單一，除此之外別無他物。而即使有也不過是微小的局部不平衡而已，并且很快就會被淹沒。

只是我們不會成為所謂世界毀滅的目擊者，事實上如果世界真的會經歷這樣的階段也不可能會有人看到。因此這個同我們息息相關的世界里存在著一個或一些階段，這些階段在歷史的長流中只是一個微小渺茫的節點，但是對人類及一切生靈來講都存在著重要意義。其中關鍵原因就在于這些階段當中，熵不會增加，而信息卻在不斷地增進。

并且這里我所講的信息增進問題，不僅僅出現于生命體所存在的組織，在機器當中也會暫時或者局部地出現信息增進的狀況，雖然和人類相比它們是如此粗糙、不完善的。

2.反熵：機器到底是死的還是活的？

對嚴謹的科學思考而言，像生命、目的、靈魂這些語義和字眼都不適合使用。確切來說這類字眼更趨向于人類對于一種現象所存在的共同認知，以及從這種認知當中而延伸出來的內涵和意義。而科學思考則是對于某種現象所能提供的、能夠證明其共性的理論事實依據。

如果一種新的現象被人們發現，而且這種現象同已經被我們命名的“生命現象”具有一定的相似性，又或者在某種程度上它們具有共同點，而它又與我們所定義的“生命”沒有任何相關的時候，我們就會面臨一個選擇問題：我們是將“生命”一詞的內涵與外延擴大，從而讓它的含義能夠將這種新現象包容進去，還是用更加嚴謹的方法去定義“生命現象”，從而讓新發現的現象完全排除在外呢？

過去，科學家在病毒研究過程中就曾遇到這樣的問題，如今我們在機器和人的生命機體之前又遇到了類似困惑，而從我的角度來看，這一爭議歸根結底是語義學問題，即機器既然與人的生命機體存在共同之處，那么它到底是死的還是活的？

如果我們將一切局部地違反了熵增定律的現象都用“生命”一詞去概括，那么我們的這種行為方式就難免過于隨意了。這樣做了之后，那些在天文學上，同我們所定義的生命哪怕只有極其微小的相似的現象，也會被囊括在內。所以，在我看來，像生命、靈魂、目的、生命現象這些詞只是一種代號，而且它們自身也還有待于去證明。如果談到機器，我們可以將問題簡單化，只要指出在總熵增加的大趨勢之下，存在一個局部區域出現暫時的減熵現象。而在這個點上，機器同人具有一定的相似性。

當然，我將人的生命體同機器進行這樣的比較，并不是說那些特別的、與我們生命相關的精神或者物理化學特殊現象，同生命模擬機的過程完全等同。前文所說的一切，主要目的是為了說明它們二者都能夠成為反熵過程的證明。除了這二者之外，反熵過程還能從其他許多途徑找到例證，雖然我們目前還無法為這些途徑進行準確的劃分歸類。

在急速發展的自動化領域中，我們目前還不能對生命模擬自動機做出一個共同的陳述。但雖然如此我還是可以確定地指出這些機器存在著許多實際共同特點，其中一個就是它們都能執行一項或者若干項特定的任務，而且它們都具備像人類四肢一樣的效應感官。

另一個特點是它們都具有感官機器，并能通過感官機器與外界進行交往，例如最簡單的溫度計和光電管。這些設備不僅是有信息傳遞功能，同時還擁有記錄的作用，它們可以報告自身當前所處的外在環境，而且也能促使機器將自己執行任務的情況記錄下來。在前文中我們已經解釋過，后一種情況就是為人熟知的反饋。

反饋，可以借助過去的演績來調節未來行為的可能性。它既可以非常簡單也能夠無比復雜。在比較高級的反饋機制下，記錄過去的信息不僅能夠對機器的特定動作進行調節，而且還可以對其行為的整體策略進行調整。這樣一種反饋可以是雙重的，從一個方面來看它是條件反射，而從另外一方面去看就會變成學習。

這樣一切形式的行為，特別是對于那些比較復雜的行為模式，我們就有必要給這一類機器設置一個中樞決策器官。這個器官在機器運轉過程中能夠起到決策作用，它會根據反饋的信息來幫助機器決定下一步動作。而這個中樞決策器官中的存儲功能就是通過對生命體記憶能力的模擬而設計出來的。

制造一部能夠避光或者趨光的簡單機器實際上并沒有多大困難。而如果想要這部機器自帶光源的話，那么眾多這類機器結合在一起就可能會出現復雜的社會行為。當前，這種復雜的形式只能用來探索機器自身，除了作為科學上的實驗外它還沒有實際用處。但是它們存在巨大的潛力，在未來隨著科學的進步這些潛在寶藏必然會被全部挖掘利用。

依已有范例為藍本而行動，是神經系統和自動機的相同部分，它們都是這樣的裝置。即使最簡單的機械裝置也會面臨二選一的簡單選擇，例如電動門的開或者關。這一點在神經系統中也能被體現出來：神經系統中的一些個別神經纖維，它們一直在傳遞和不傳遞的選擇中去做決定。

無論是機器還是神經系統，在它們二者之間都存在著專門的儀器，這種專門儀器能夠依據歷史設定對接下來的行動作出決定。在神經系統當中，這一部分工作大多是由一種叫作“突觸”的裝置來完成的。更為具體地說，突觸是內容極為復雜、具有許多傳入神經纖維和一個傳出神經纖維連接而成的關鍵介質。在很多情況下，人們會將這一工作的判定依據稱為突觸活動閾值。簡單來說，突觸部分的工作就是用幾根傳入纖維去激發傳出纖維，進而完成任務的過程。

以上所說的突觸概念，就是生命體和機器之間存在的類似部分。神經系統中的突觸就相當于機器中控制電門的裝置。機器就像生命體一樣，從本質上講它們都是一種裝置，而且都是局部且暫時地去抗拒熵增的總趨勢。正是因為機器具備了決策能力，它們才能夠在一個總體趨勢衰退的世界中，創造出一個區別于整體趨勢的局部組織區域。