熵,像极了爱情

天能》叙述主角必须仅靠一个字「天能」为全人类的存亡誓死奋战。(华纳兄弟提供)

中国时报》2日15版时论广场的〈我见我思〉专栏黑鸟丽子看完《天能》这部夯片后写了〈熵是什么〉的文章。知名作家科学,是一件很值得鼓励的事。

熵通常以S表示,是entropy的翻译。这个字的念法,除了黑鸟丽子所称的「商」之外,在我年轻时学的是念成「滴」。目前用电脑注音输入是念成「滴」,但是手机的注音输入则是念成「商」。

我的同行中,两种读法的人皆有,大家并无一定的共识

有个科学的笑话是「不要与朋友讨论宗教政治热力学,因为此三件事都是信仰。」热力学第二定律应起源于卡诺(Carnot)在1824年的热机循环,再经过许多科学家的阐述探讨,逐渐发展成形,为热力学的重要信仰。克耳文-普朗克对第二定律所做的叙述为「不可能有一个元件,经过一个循环的操作,在不产生其他影响下,能够将所吸收的热完全转换成功。」在针对卡诺热机的讨论中定义出了一个熵(S)数值

但是在原始的熵的定义概念上与乱度并无直接的关联。后来波兹曼(Boltzmann)从统计出发,推导了有名的波兹曼熵公式。此处的K为波兹曼常数,Ω为微观上不同可能性的数值。从这样的推导中,发现了熵的数值代表着乱度(randomness),也使得第二定律有了更重要的意义。波兹曼的墓碑上就是刻着这重要的波兹曼熵公式。

所以,熵数值确实是与乱度相关。第二定律也确实告诉我们在无外来的影响下,系统的熵值会逐渐增高。如奶精加入咖啡中,会自然扩散均匀,这驱动力就是来自于乱度增加。但这只代表着一件事实事件本身并无好坏之分。

第二定律确实是颇迷人,尤其是谈到所谓宇宙终将趋于崩坏的结论,对于不是理工科的大众而言,更会引起许多想像,但对于学理工的人而言,热力学的学习通常是颇为烦人,有些学生还会以玄学相称。套句热门的话来说,热力学开始很迷人,陷入之后又有些烦人,像极了爱情

黑鸟丽子从电影谈到了热力学的理论,难怪许多人看完电影会搞不清楚电影在讲什么,确实「不要想试着理解,要感觉!」

作者为国立清华大学讲座教授副校长