熵增不等于变乱:油水分层、霜花结晶都是自发的秩序
热力学第二定律常被讲成「东西会越来越乱」,但油水分离、沙滩分选、窗上霜花都是自发有序。Carlo Rovelli 说,低熵也许不在宇宙,而在我们看宇宙的方式。
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油水分离不是反熵,是熵在制造秩序
Rovelli 用一组日常画面拆掉「熵=混乱」的通俗讲法:水与醋混合后混匀,但水与油混合后会分层;沙滩上细沙和卵石自动分开;窗上的霜花自动长出规则结构。他说,在恰当定义的「序」下,自然中大量事物被放着不管反而会自发有序。这不是推翻第二定律,而是说通俗科学把「序」和「熵」的对应关系讲得太粗。他特别点出,生物学的复杂性、地球表面的结构,常被误读成「反熵」,其实熵增长本身就在不断制造秩序。
— Carlo Rovelli低熵可能不在宇宙,而在你的粗粒化方式
Rovelli 提出一个他自己写进论文、但不确定对错的假设:低熵意味着「特殊」,但特殊的不是宇宙的状态,而是粗粒化(coarse graining)本身。粗粒化是一种视角——只看部分变量、不看全部细节。如果这个假设成立,宇宙可以处于一个完全任意的状态,但从我们这种只看部分变量的视角看过去,它在被我们称为「过去」的方向上呈现低熵。这把「初始低熵边界条件」从一个关于宇宙的事实,变成了一个关于观察者如何切分信息的问题。
— Carlo Rovelli你可以同时在两地,只是对你自己不是
Rovelli 把量子叠加推到人身上:如果量子力学是普适的,Brian 可以处于洛杉矶和旧金山两地的叠加态,对 Carlo 而言可以测量到这种干涉。但对 Brian 自己,量子力学从不告诉你你处于叠加——你环顾四周,看到的要么是圣地亚哥要么是洛杉矶。所以「你在哪里」对你和对我是两件不同的事。他把这比作伽利略发现速度是相对的:说「速度为零」其实省略了「相对于地球」。量子力学说的是,所有属性都要相对于某物来理解。
— Carlo Rovelli伽利略用相对性原理算错了潮汐
Rovelli 用伽利略的潮汐模型说明「有想法」和「把想法推到底」是两回事。伽利略认为地球绕日公转加自转的组合运动搅动海水,产生潮汐。但 Rovelli 指出,公转在一阶近似下是匀速直线运动,自转单独也不能产生效应,所以潮汐不可能由此而来——真正解释潮汐的是牛顿。伽利略本人恰恰违反了他自己发现的相对性原理。Rovelli 说,爱因斯坦也一样:1915 年写出广义相对论后,后来写论文否认引力波(被审稿人退回后改正),还坚称史瓦西奇点是世界末日,这个错误他至死没改。
— Carlo Rovelli没有耗散就记录不下任何东西
Rovelli 说他在经典力学里就发现了一个让他「眼前一亮」的事实:想用经典力学建模一个测量装置——比如气压计,或记录球在左还是在右的装置——你做不到,除非引入耗散。球落进盒子会弹起来,必须耗散才能停住、才能留下记录。所以测量本质上是一个需要耗散的统计过程,这在量子力学之前就已经成立,不是量子力学特有的。这直接回应了「幺正演化可逆,不可逆性从哪来」的困惑:记录本身就要求有东西被丢掉。
— Carlo Rovelli下棋程序在斟酌,你也在斟酌
Rovelli 用他下棋的电脑拆解自由意志:电脑是确定性的,给定内部状态和对手的棋,输出必然预定。但为什么它还要花时间枚举所有可能走法、逐一评估?因为到达那个结果唯一的方式就是走完这个评估过程,而这个过程就叫斟酌(deliberation)。他说,说它没有在斟酌是愚蠢的,因为斟酌就是这个。Brian 也一样:如果不经历这个复杂过程,他就不会做出开始一个项目、选择职业的决定。所谓自由,不是违反自然规律,而正是「经历了斟酌」这件事本身。
— Carlo Rovelli原则上可以,现在不行,两年内他怀疑
被问到机器能否有爱因斯坦「最快乐的思想」(自由落体中的等效原理),Rovelli 分三层回答:原则上可以,他不认为人类特殊到不可复制;现在不行;两年内他持怀疑态度,但没有硬证据说不可能。他提到上周让 Claude 做一件他博士生一个月没做完的事,Claude 半小时做完了,所以能力毋庸置疑。但他说 Claude 没有发明等效原理,两年内做到他觉得难。同时他明确说 AI 里有大量炒作。
— Carlo Rovelli十年无限经费,他会造一屋子约瑟夫森结
被问「十年、无限经费」会做什么,Rovelli 的答案不是望远镜也不是对撞机,而是一间装满约瑟夫森结(Josephson junctions)的大房间,加一支工程团队。理由是:圈量子引力预言存在普朗克质量的粒子,可能是暗物质的候选者,质量约等于一小片头发或跳蚤卵。他说我们已知暗物质云的方向、质量和相互作用强度,虽然只是极微弱的牛顿引力,但约瑟夫森结靠简单物理就能捕捉到。他认为十年内技术上可行,缺的只是钱。
— Carlo Rovelli原话 · 已逐字校验
It's not true that under any definition of order or disorder, things get disordered. In fact, very often in nature, things left alone get ordered.
并不是在任何一种「有序」或「无序」的定义下,事物都会变得无序。事实上,自然界中非常常见的情况是:被放着不管的东西会自发变得有序。
Carlo Rovelli2:03
Low entropy means special. But what is special is not the state of the universe. It's the coarse graining.
低熵意味着特殊。但特殊的不是宇宙的状态,而是粗粒化本身。
Carlo Rovelli7:12
You Brian can be in a superposition. You can be in LA and also in San Francisco.
你,Brian,可以处于叠加态。你可以同时在洛杉矶,也在旧金山。
Carlo Rovelli12:16
So there's more time up here and less time down here. Your head, it's older than your feet, right?
所以上面的时间更多,下面的时间更少。你的头比你的脚更老,对吧?
Carlo Rovelli26:29
you cannot record anything without some dissipation so measurement is an intrinsic statistical process
没有某种耗散,你就无法记录任何东西,所以测量本质上是一个统计过程。
Carlo Rovelli31:06
To imagine that to be free, you have to violate the laws of nature is stupid. I mean, we're free even without violating the laws of nature.
认为要自由就必须违反自然规律,这种想法是愚蠢的。我的意思是,我们不违反自然规律,也依然是自由的。
Carlo Rovelli38:53
the planck mass is almost microscopic thing is the mass of my a little piece of my hair
普朗克质量几乎是个微观的量,大约是我一小片头发的质量。
Carlo Rovelli48:15
数字与实体
| 普朗克质量对应的实物 | 约等于一小片头发或跳蚤卵的质量 | 48:15 |
| 暗物质候选解释数量 | 五到六种 | 48:15 |
| 量子引力调查中得票最高的选项 | 「没有意见」得票最高,其次是弦论,再次是圈量子引力,最后是引力不量子化 | 50:21 |
| Claude 完成博士生一个月未完成任务的耗时 | 半小时 | 40:56 |
术语
- coarse graining粗粒化
- 只看部分变量、忽略全部细节的观察方式,熵的定义依赖它。
- loop quantum gravity圈量子引力
- Rovelli 参与创立的量子引力理论,主张空间本身是离散的。
- relational quantum mechanics关系性量子力学
- Rovelli 主张的诠释:量子态是相对于观察者的,不是绝对的。
- Josephson junction约瑟夫森结
- 超导器件,Rovelli 认为可用来探测普朗克质量粒子的微弱引力。
- equivalence principle等效原理
- 自由落体中感受不到引力,爱因斯坦称其为最令他快乐的思想。
收听指南
对时间、熵、量子力学基础感兴趣的工程师和研究者;想听物理学家如何拆解「熵增=变乱」这一通俗讲法的人。
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