文 | 楚安 2018.06

我们作为个体生命的一生，无不都是在与熵增对抗的一生。我们日复一日从环境中汲取「序」，渴望着永恒不断的耗散结构。我们无时无刻都在寻找存在的意义，想要洞察黑暗森林的终极定律。我们终其一生试图保持低熵的平衡，却终究难逃时间之矢的宿命。在我们所含的全部原子按照热力学第二定律回归自然之前，它们既经历过物性的种种神奇，也产生过人性的处处可爱。生命，一直以-KlogW为生。

不仅仅是生命，组织的演化、社会的变迁、城市的治理、信息的传递、世间的万事、神秘的黑洞、文明的兴衰，都包含在熵之公式中。而无穷的宇宙，在这公式之中是一场盛大华丽无比浪漫的慢性热寂自杀，熵增只是舞台一旁静静观察冷酷无情的死神。万物速朽，唯有熵增永生。

从热力学四定律说起

人类对于热的本质及热现象的认识，经历了漫长而又曲折的探索过程。公元前100万年，早在智人之前的直立人，开始利用火来驱赶寒冷和烤熟食物。公元前1万年，燧人氏开始钻木取火，想要尝试驾驭火。公元前100多年，汉武帝妄想长生不老明间广求炼丹，无意之中促成了火药的发明。一直以来，火都是人类演化过程中重要的转折点。

到了17世纪，培根（Francis Bacon）开始意识到物体的冷热程度（温度）是有区别的，并且认为「热是一种运动」。伽利略（Galileo Galiliei）制作了第一个空气温度计，冯·格里克（Otto von Guericke）利用马德堡半球实验证明了真空的存在，罗伯特·波义耳（Robert Boyle）提出了波义耳定律。

18世纪，詹姆斯·瓦特（James von Breda Watt）利用分离冷凝器改进了蒸汽机的效率，工业革命正式拉开帷幕。法伦海脱（Gabriel Daniel Farenheit）提出了华氏温标，摄尔修斯（Anders Celsius）建立了摄氏温标，人类意识到原来「热量」是热的份量，而「温度」是热的强度。19世纪，阿佛加德罗常数、理想气体状态方程相继提出，尼古拉·卡诺（Nicolas Léonard Sadi Carnot）于1824年发表著作《论火的动力》论述了卡诺热机和卡诺循环，热力学正式成为一门现代科学。

19世纪40至50年代，迈尔（JR Meyer）、焦耳（James Prescott Joule）等相继有了「功能互换及能量守恒」的意识，随后逐步提出并完善热力学第一定律，热功守恒定律。卡诺定理提出8年后，开尔文（William Thomson）、克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）才相继看到相关论文，热力学第一定律与卡诺定理之间的矛盾促使了热力学第二定律的提出。一个孤立系统，总由有序而朝向均匀、简单、消灭差别的无序方向发展。克劳修斯随后提出了熵的概念和表述，并扩展的宇宙尺度，提出了「宇宙热寂说」。

热一和第二几乎同一时期形成，直到二十世纪初，能斯特（Walther Hermann Nernst）正式提出了热三定律，认为通过任何有限个步骤都绝对零度不可达。二十世纪三十年代，英国物理学家拉尔夫·福勒（Sir Ralph Howard Fowler）正式提出热力学第零定律，即热平衡定律。这比热力学一和热二定律晚了80余年，但因是后面几个定律的基础，所以编号为零。

至此，热力学四定律初步完成。而这其中，热力学第二定律又有着几十种不同的等价表述，常见的如开尔文表述、克劳修斯表述、卡洛表述、普朗克表述、玻尔兹曼表述等。

克劳修斯表述下的熵

「不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化」。克劳修斯从卡诺定理推导出了态函数（状态参数）「熵」和克劳修斯不等式「S<=Q/T」。「熵」在希腊语中意为「内在」，即「一个系统内在性质的改变」。1923年，德国物理学家普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）来中国讲学时用到 entropy 这个词，胡刚复教授在翻译时把「商」字加火旁来意译 entropy，创造了「熵」字，因为熵S是Q（热量）除以T（温度）的商数。

克劳修斯表述揭示了熵增原理「孤立系统中熵总是增大或不变不能减少」。在孤立系统的能量传送与转换过程中，能量的数量是保持不变的，但能量的品质却总是在下降，无法100%的利用，极限条件是保持不变，即「能量总是在不断贬值」。即能量的总和 = 有效能量 + 无效能量，熵即为就是系统中的无法再利用的能量，熵是对不能成功转化的能量的度量。

放到整个宇宙尺度，宇宙是一个孤立系统，总的能量也是一个常数，而每一次的能量转化，都必然在不断产生熵，有效能量不断减少，而无效能量不断增多。总有一天，所有的有效能量都将变成无效能量，即达到「热寂」的状态，也是宇宙死亡的状态。

玻尔兹曼表述下的熵

克劳修斯表述提出了「熵」，但并没有解释熵产生的原因，也没有阐述熵的物理意义。此后的数十年里，开始出现一种的关于热的观念，玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann）也开始建立一门新科学-统计力学。统计力学认为，认为宏观尺度的属性「热」是由微观尺度属性「分子运动」产生的。

1877年，玻尔兹曼发现单一系统中的熵跟构成热力学性质的微观状态数量相关，运用统计力学的方法提出了玻尔兹曼熵公式，即S∝lgW，W为宏观状态下包含微观状态数量。1900年，普朗克为公式增加了一个常数K，命名为玻尔兹曼常数，于是熵的微观定义公式变为S=KlogW，而该公式后来也被刻到了玻尔兹曼的墓碑上。

玻尔兹曼建立了系统宏观态和微观态之间的联系，指出了热力学第二定律的本质：熵增原理表示的孤立系统中的热力学方向性，正相应于系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡。自发性熵减的过程不是绝对不可能，只是概率极小而已。

玻尔兹曼沿用麦克斯韦的方法也将气体分子模型化为箱中相互碰撞的台球，而随着分子间的碰撞，速度分布会变得更为无序，最终导致了系统的宏观性质均一，而微观处于最为无序的状态，或者说系统的熵趋于最大值。由此他提出热力学第二定律是微观世界的最概然状态为无序在宏观的表现。之所以微观世界的最概然状态（即最可能处于的状态）是无序态，是由于无序的微观状态数远多于有序的微观状态数。

玻尔兹曼表述下的熵，是一个系统无序程度（或者说是复杂程度）的度量，或者说是无序分子运动紊乱程度的一种度量。一个系统越无序，可以看作是微观状态分布越均匀。

麦克斯韦妖思想实验

爱丁顿在《物理世界的本质》一书中写道「熵增定律在自然界定律中具有至高无上的地位，如果你的理论被发现违背了热力学第二定律，你一点希望也没有，结局必然是彻底崩塌」。爱因斯坦也同样说过类似的话，「人类的知识再往前推进，牛顿力学可能不对，量子力学可能不对，相对论可能也不对，唯有熵的公式是永恒的」。

1871年，英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）为了说明违反热力学第二定律的可能性，提出了物理学「四大神兽」之一的麦克斯韦妖（其余三个是芝诺的乌龟、薛定谔的猫、拉普拉斯的兽）。当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制，但他无法清晰地说明这种机制。在《论热能》一书中，麦克斯韦提出了一个思想实验。假设一个箱子被一块无质量无摩擦的隔板隔成两部分，隔板上有一个小妖把守着的活门，小妖能够洞察每个分子的一举一动。对于右边来的分子，如果速度快，他就打开活门让其通过，如果速度慢则关上活门拒绝其通过。一段时间以后，箱子左边的分子速度就快很快（热系统变得更热），右边则变得很慢（冷系统变得更冷），原本温度平衡的箱子出现了一半热一半冷的现象，整个封闭系统没有做功但却出现了熵减，全程只有一个眼光锐利手脚麻利的智能生物在工作。

19世纪末20世纪初，无数杰出的大脑都想解决麦克斯韦妖的问题。1929年匈牙利物理学家利奥·西拉德（Leo Szilard）在「热力学系统在智能生物的干预下熵的减少」一文中提出，是小妖的「智能」，即获取信息的行为做了功。小妖在测量分子是快还是慢的过程中，需要能量来测量获取信息比特，因此势必会产生一定的熵，且数量不少于分子变的有序而减少的熵。箱子、分子和小妖组成的整个系统，依然遵循热力学第二定律。西拉德第一次带领人类认识到了信息的物理本质，也第一次将信息与熵联系起来，比香农提出信息熵要提出要早了19年。

1961年，IBM物理学家罗夫·兰道尔（Rolf Landauer）提出并证明了兰道尔原理，即计算机在删除信息的过程中会对环境释放出极少的热量。从熵的角度看待这个问题，一个随机二元变量的熵是1比特，具有固定数值时的熵为0，不管初始值为1或0消除信息的结果使得这个2元系统的熵从0增加到1比特，必然有电能转换成了热能被释放到环境中，这也是我们的电脑不断发热的原因，该热量的数值与环境温度成正比，删除信息的过程中电能转变成热能是不可逆的热力学过程，因而计算机通过计算而散发热量的过程也是不可逆的。

在西拉德意识到「获取信息做了功」50年之后的20世纪80年代，数学家班尼特（Charles Bennett）在《计算的热力学》一文中证明，小妖可以非常巧妙的方式观察并记住信息同时又不增加熵。班尼特的证明之后成了可逆计算的基础，他证明在理论上可以进行任何计算而不用耗费能量，测量可以不消耗能量。

兰道尔原理和班尼特证明共同指出，并不是测量行为，而是擦除记忆的行为，必然会增加熵，「遗忘是以消耗能量为代价的」。班尼特接着证明，小妖如果要工作，到一定的时候就必须擦除记忆，擦除的动作产生的熵可以抵消盒子减少的熵。

2012年，德国奥格斯堡大学的鲁兹（Eric Lutz）和他的同事，用实验验证兰道尔的信息擦除原理，根据实验结果得出信息的消除具体需要多少能量，证明了兰道尔的理论确实是正确的。至此，140余年的麦克斯韦妖终于被终结。

香农定理与信息之熵

1929年西拉德是第一个将信息与熵联系起来的人。1940年，博士毕业的香农（Claude Elwood Shannon）进入贝尔实验室研究密码学与通信技术，开始思考一个问题「信息是否可以量化」。1948年AT&T《贝尔系统技术期刊》上，刊登了一篇79页意义深远的宏伟论文《通信的数学理论》，从此开辟了信息论这一领域。

文中香农定义了信息量，将热力学熵引入信息论，在玻尔兹曼熵的基础上给出了更为基础广泛的信息熵的定义。信息熵的本质上是对我们司空见惯的「不确定现象」的数学化度量，香农在文章中将信息熵与不确定度「Uncertainty」等价使用的。一条信息消除的不确定性越大（即熵减越大），它蕴含的信息量越大。

香农同时也给出了用于测量信息的单位比特（bit 二进制数字 binary digit的缩写）以及香农三定理。比特作为衡量信息多少的单位，已经跻身公尺、千克，分钟之列，成为了日常生活中的最常见的量纲之一。在香农眼中，信息是和长度，重量这些物理属性一样，是种可以测量和规范的东西。由于对于通信系统而言，其传递的信息具有随机性，所以定量描述信息应基于随机事件。任何信息都存在冗余，冗余大小与信息中每个符号（数字、字母或单词）的出现概率或者说不确定性有关。

时间之矢与对称破缺

时间有箭头吗？这个问题从苏格拉底以来到20世纪之前，一直困惑着哲学家、艺术家、文学家和科学家。从过去到现在，从现在到未来，时间似乎永远只朝着一个方向流逝。在任何时刻，时间的脚步都不会停滞不前或是向后倒退。

然而奇怪的是，如果时间倒走，现代物理学的几座大厦，牛顿的经典力学、爱因斯坦的相对论、海森堡和薛定谔的量子力学，也都通通站得住脚。对这些理论而言，记录在影片上的事件，不管影片顺放还是倒放，都行得通。单向的时间，只是我们脑中的幻觉？

克劳修斯引入「熵」的概念给了物理学家爱丁顿（A.S.Eddington）极其深刻的印象，他写道「我希望把熵的概念在科学研究中令人惊奇的威力，原原本本地告诉你」。1927年，爱丁顿在爱丁堡大学发表演说「时间行走像一支箭」，「时间之矢」这个词第一次被提出来，形象地描绘了时间的不可逆的特性，正如脱离弓弦而出的箭，一直向前永不回头。

基本物理学的很多定律都是关于时间对称的，即过去、现在、未来的任何时刻定律都是一样，时间正序倒序也一样，「演化」在这些理论中没有太深的意义。而在热力学中，熵把每个时刻都加以区别，也指出了「将来」的方向。熵的出现第一次定义了时间的方向，第一次赋予了时间以箭头，也第一次打破了基本物理定律的时间反演对称。

热力学第二定理隐含着一种由孤立系统的有序度变化所指定的时间方向，也就是说，随着时间流逝系统总是越来越无序，这种不对称性可用于区分过去和未来。换句话说，孤立系统在未来将越来越无序，因而我们可以通过测量一个孤立系统的熵来确定时间的方向。

物理学生物学的矛盾

「熵」概念的提出，是十九世纪科学思想的一个巨大贡献，它的意义完全可以和生物学中的「进化」概念相媲美，十九世纪的热力学和生物学都涉及到世界运动变化的方向，即「时间之矢」的问题。但是，这两门学科所提出的「时间之矢」的方向却截然不同。

热力学第二定律说明的是一个孤立系统朝着均匀、无序、简单，趋向平衡态的方向演化。这实际上是一种退化的方向。克劳修斯把这一理论推广到全宇宙，就得出了「宇宙热寂说」的悲观结论。而生物学描述的却是系统从无序到有序，由简单到复杂，由低级到高级，由无功能到有功能．多功能的有组织的方向发展，这是一个进化的方向。在生物界和人类社会中这种进化的现象最为明显，于是产生了一个克劳修斯和达尔文的矛盾，退化和进化的矛盾，似乎生物界包括人类社会遵循着与物理世界完全不同的规律，有着迥然不同的演化方向。

热力学和生物学之间的这一矛盾，引起了许多科学家的广泛注意，麦克斯韦妖便是其中之一。物理学家威格纳（Wigner,Eugene Pau1）曾经说「近代科学中最重要的间隙的什么？显然是物理科学和精神科学的分离」。柯伊莱（A.Koyre）则指出，牛顿用他的经典力学「把分隔天体和地球之间的壁垒推倒，并且把两者结合起来，统一成为一个整体的宇宙」。但是他却把「我们的世界一分为二」，即分成一个物理世界「量的世界」，一个生物的世界「质的世界」，于是形成了两个世界。两种科学，两类文化，两者之间存在着巨大的鸿沟。怎样把两者统一起来呢？能否用物理学的观点来全面地解释生命的特点及其进化的过程，使生物学成为研究生命系统的物理科学实现自然科学的大统一？

生命依赖负熵流为生

1942年，薛定谔在三一学院的讲台上，面对爱尔兰总统等一众嘉宾，在「生命是什么」的主题演讲中提到，「自然万物都趋向从有序到无序，即熵值的增加。而生命需要通过不断抵消其生活中产生的正熵，使自己维持在一个稳定而低的熵水平上。生命以负熵为生。」1944年，薛定谔把这一演讲主题写作成书，即《生命是什么》，引导了以DNA为标志的现代生物学发展。

热力学第二定律说道「在孤立热力学系统中，系统的熵永不减少」。熵是用来表征系统混乱程度的物理量，因此这条定律实际上是在说，孤立系统的混乱程度永远是在增加的。直到达到热平衡，系统的熵达到了极大值，系统状态将不再改变，归于沉寂。

然而，生命现象却似乎是个例外。生命是一种总是维持低熵的奇迹。一个生命，在它活着的时候，总是保持着一种高度有序的状态，各个器官各个细胞的运作井井有条。它并不会立即达到一种类似热力学平衡的不再活动的状态，相反，生物能够主动「做某些事情」、运动以及不断与外界进行物质能量交换恰恰是生物区别于普通物体的一个重要因素。而一个生命一旦死去，就会很快被熵增原理的强大威力给收服，很快将趋于热平衡状态，变成一片死寂的一堆极其无序的物质。那么，究竟是什么原因使得生命看似违背了普适的熵增原理呢？

问题的根源就在于，热力学第二定律只是用于「孤立系统」，即与外界没有物质、能量交换的系统。而生命之所以能长时间维持自身处在低熵有序状态，其秘诀正是在于它与外界的物质能量交换，即新陈代谢。

我们要搞清楚的是，新陈代谢的目的本质并不是交换物质。构成我们身体的原子，无非就是碳氢氧氮磷硫，和外界的普通原子没有什么区别，仅仅交换原子并不能给生命带来直接好处。

更应该明确的是，新陈代谢的目的本质也不是交换能量。似乎很长一段时间里，人们一直把吃饭喝水看成是单纯的吸收能量，认为生命以能量为生，而且至今大部分没有学过物理学的人也是这么看待的，人们满足于这样一种简单的理解。但是，「其实这非常荒唐，因为一个成年有机体所含的能量跟所含的物质一样，都是固定不变的。既然体内一个卡路里跟体外一个卡路里的价值是一样的，那么，确实不能理解单纯的能量交换究竟有什么用处。」

那么，新陈代谢的本质究竟是什么呢？到底是怎样一种物理过程使得生命得以维持低熵，避免死亡呢？其答案就是，从环境中不断地汲取负熵，生命以负熵为生。或者说新陈代谢的本质就是，从外界不断地汲取负熵，以抵消生命运作过程中不得不产生的熵增。

普利高津与耗散结构

耗散结构是普利高津（Llya Prigogine）在研究不违背热力学第二定律情况下，如何阐明生命系统自身的进化过程时提出的新概念。普利高津因此而荣获1977年度诺贝尔化学奖。

什么是耗散结构？用通俗的话来讲，就是一个远离平衡的包含有多组分多层次的开放系统，在外界条件变化达到一定阈值时，经「涨落」的触发，量变可能引起质变；系统通过不断与外界进行物质和能量交换，在耗散过程中产生负熵流，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡态下形成的新的有序结构，就是耗散结构。

耗散结构是指一个远离平衡的开放系统，在不断与外界交换物质和能量的过程中，通过内部非线性动力学机理，自动从无序状态形成并维持的在时间上、空间上或功能上的有序结构状态，或叫非平衡有序结构。耗散结构遍及宇宙中各种系统，如贝纳德流、激光、云街、化学振荡、生物结构，乃至城市、国家等。

耗散结构，实质上就是非平衡系统中的自组织状态。耗散结构理论是非线性非平衡态热力学，其基本思想是认为「非平衡是有序之源，涨落是非平衡相变的触发器」。系统开放性、远离平衡态、非线性作用及微观过程协同性是出现耗散结构的必要条件。

耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。

在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大而达到有序。偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后「自组织」成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的。耗散结构理论指出，开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡开放系统，它们通过与外界不断地进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一。在生物学，微生物细胞是典型的耗散结构。在物理学，典型的例子是贝纳特流。广义的耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统，也可以是社会的经济系统。耗散结构理论的提出，对于自然科学以至社会科学，已经产生或将要产生积极的重大影响。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种复杂系统的基本规律，开始了研究复杂性系统的攀登。

耗散结构的特征：

存在于开放系统中，靠与外界的能量和物质交换产生负熵流，使系统熵减少形成有序结构。耗散即强调这种交换。对于孤立系统，由热力学第二定律可知，其熵不减少，不可能从无序产生有序结构。

保持远离平衡态。贝纳特流中液层上下达到一定温度差的条件就是确保远离平衡态。

系统内部存在着非线性相互作用。在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大，达到有序。

管理就是一场反熵增

第一个将「熵」的概念引入管理领域的是管理学大师、现代管理学之父彼得·德鲁克（Peter F. Drucker）。他认为「如果管理只剩下一件事，就是如何对抗熵增」，只有在对抗熵增过程中，企业的生命力才会增加，而不是默默走向死亡。

一个企业随着时间的推移，一定会有变得涣散化、官僚化、失效化，甚至灭亡的倾向，也逃不开热力学第二定律。熵增是最大尺度、最底层原理解释了创新者的窘境。为什么大公司会死亡，就是因为熵增定律。所以如果你不对组织采取任何措施和行动，它自然会慢慢走向混乱状态。那么这个避免混乱，采取措施的过程就是管理，就是对抗企业的熵增。

1998年，贝佐斯（Jeff Bezos）在一封亚马逊致股东信里说到「We want to fight entropy」。回顾亚马逊的发展历程，此后「反熵增」一直是贯穿亚马逊二十来年发展的核心思想。贝佐斯不断的建立亚马逊的「耗散结构」，不在意囤积公司利润，更在意「自由现金流」，不断地让钱流动起来。同时，持续进军新的领域，甚至是看起来和公司主营业务相竞争的领域。AWS云服务、FBA物流体系这样的明星服务，一开始都是看似与主营业务相悖的。贝佐斯认为，公司内部的业务塑造成一个商业化的对外服务时，它就要面对市场竞争，并不断打磨自己的服务，最终提高自己的核心竞争力。其实这正是一个开放的系统，不断地和外界交换能量的过程，不断反熵增的过程。

在贝佐斯大声喊出要反熵增的两年后，在太平洋彼岸的另一家公司开始经历维艰的阶段。2000年，华为负面效应集中爆发，在任正非的这段至暗时刻中，中国人民大学商学院教授、华为首席管理科学家黄卫伟推荐给任正非一本书《热力学第二定律》，热力学第二定律宛如为任正非开了天眼一样，帮助华为度过了这段至暗时刻。任正非顿悟，「自然科学跟社会科学有类似的规律，企业发展的自然法则也是熵由低到高，逐渐走向混乱，并失去发展动力。因此，死亡是一个哲学命题，而活下去则是一个现实命题。……前些年我提出活下去作为华为的最低纲领，现在我终于明白了，活下去是企业的最高纲领。」

2011年，任正非在一次华为内部市场大会上说道「公司长期推行的管理结构就是一个耗散结构，我们有能量一定要把它耗散掉，通过耗散，使我们自己获得一个新生。什么是耗散结构？你每天去锻炼身体跑步，就是耗散结构。为什么呢？你身体的能量多了，把它耗散了，就变成肌肉了，就变成了坚强的血液循环了。能量消耗掉了，糖尿病也不会有了，肥胖病也不会有了，身体也苗条了，漂亮了，这就是最简单的耗散结构。那我们为什么要耗散结构呢？大家说，我们非常忠诚这个公司，其实就是公司付的钱太多了，不一定能持续。因此，我们把这种对企业的热爱耗散掉，用奋斗者，用流程优化来巩固。奋斗者是先付出后得到，与先得到再忠诚，有一定的区别，这样就进步了一点。我们要通过把我们潜在的能量耗散掉，从而形成新的势能。」

2017年，任正非签发华为2017年第003号总裁办电子邮件「华为之熵光明之矢」，「熵和生命活力，就像两支时间之矢，一头拖拽着我们进入无穷的黑暗，一头拉扯着我们走向永恒的光明」。任正非认为，自然科学与社会科学有着同样的规律。对于企业而言，企业发展的自然法则也是熵由低到高，逐步走向混乱并失去发展动力。「企业要想生存就要逆向做功，把能量从低到高抽上来，增加势能。」

「熵减的过程是痛苦的，但前途是光明的」，根据耗散结构理论和基础，华为建立了「华为宏观活力引擎」、「华为微观活力引擎」用以对抗企业层面、人力资源层面的熵增。可以说任正非的管理思想管理总纲，从热力学第二定律中得到了不少启发。

信息安全的熵增对抗

安全是一门关于对抗的技术，安全的本质是对威胁或风险的理解。从人类诞生之初，安全问题就一直梦魇般的伴随着人类的发展。

Michal Zalewski在「Web之困」一书中描述了安全的困境以及作为一个安全从业者的困惑。「表面上来看，信息安全领域属于计算机科学里面很成熟、明确且硕果累累的一个分支，自以为无所不知的专家们通过展现他们那分类清晰、数量庞大的安全漏洞集来标榜这一领域的重要性。至于那些漏洞的责任嘛，就全部归到那些『安全文盲』的程序员们头上好了。而理论家们则会从旁指点，说只要遵从今年某热门的某某安全方法学，早就能把这些问题防范于未然。安全问题更是带动了一个产业的繁荣，但对用户来讲，从普通计算机用户到庞大的国际公司等，其实并没有带来什么有效的安全保障。」

「从根本上来说，过去几十年，我们甚至没能构建出一个哪怕原始但至少还算可用的框架来理解和评估现代软件的安全性。……现在的重点几乎都放在一些响应性质的、次要的安全方法『如漏洞管理、恶意软件和攻击检测、沙盒技术以及其他』，要不就是常常对他人的代码里的漏洞指指点点。……」

如Zalewski所说，关于「到底什么是安全？」一直以来也没有一个业界认同的定义，更不用说「如何才能搞清楚安全」。伊万·阿尔塞（Ivan Arce）在2000年左右尝试对「安全」这门技术下一个定义，「如果系统能按既定的方式完成任务，不做额外的事情，那这套系统就是安全的」。现在回过头来看，这句话多多少少是有问题的，同时也是违法热力学第二定律的。20世纪六十年代，贝尔-拉帕杜拉安全模型（Bell-La Padula ）指出「当仅当系统开始于安全的状态，而且一直不会落入非安全状态，它才是安全的」。

检测模型从上线开始就在不断衰减，而对抗却日复一日的在升级。可以断言的是，一个系统初始状态是安全的，但如果此后什么都不做，一定会跌入到非安全的状态。这一点和孤立系统的「热寂」是一致的。安全的「时间之箭」同熵增的方向一致，由安全状态到非安全状态的跌落，实质上就是系统的安全熵在不断增大的过程。安全是一门对抗的技术，对抗的表现是同威胁、风险、攻击者的对抗，而对抗的本质其实是对抗熵增的过程。如果安全也只剩一件事，那一定也是反熵增。

WannaCry、Stuxnet等等一系列全球范围影响较大的安全事件也在不断教育人类，封闭系统并不代表安全，唯有保持开放、远离平衡态的耗散架构才能救安全。防御者依赖负熵为生，只有源源不断从环境中汲取数据萃取数据抵消熵增，才能维持安全低熵体的状态。

黑洞之熵与霍金辐射

熵在相继征服了热力学、信息论、生物学、社会学、管理学等等领域之后，并未停止过前进的步伐。而这一次，它迈向了宇宙中最神秘的天体-黑洞。

1915年爱因斯坦发表广义相对论，在一年后的一站前线的战壕里，重病缠身的史瓦西惊人的给出了广义相对论的第一个严格解，后人称之为史瓦西解。史瓦西解的物理意义是，如果物体被压缩到史瓦西半径范围之内，将没有任何已知类型的力可以阻止该物体在自身引力的条件下将自己压缩成一个黑洞。

1973年霍金、卡特尔（B.Carter）等人严格证明了「黑洞无毛定理」，无论什么样的黑洞，其最终性质仅由质量、角动量、电荷唯一确定。即当黑洞形成之后，只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量，其他一切「毛发」（信息）都丧失了，黑洞几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质，对前身物质的形状或成分都没有记忆。

黑洞无毛，这意味着如果我们把一本书扔进黑洞，它会改变黑洞的质量（可能还有自旋和电荷），但所有关于书的内容的信息看起来都永远消失了。黑洞真的摧毁了信息吗？如果黑洞能摧毁信息的话，它就摧毁了熵。如果黑洞能自发熵减，那么宇宙就能避免走向死亡的终局。

回顾爱丁顿在《物理世界的本质》一书中的观点「熵增定律在自然界定律中具有至高无上的地位，如果你的理论被发现违背了热力学第二定律，你一点希望也没有，结局必然是彻底崩塌」。1973年，普林斯顿研究生贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）发现黑洞的演化和热力学定律之间，存在一些非常有意思的类比。例如热力学第二定律表明，熵永远不会减少；而黑洞的质量也同样（或等同于事件视界的面积A=4πr²∝M²）从未减少。将一个物体扔进黑洞，黑洞就会变大。贝肯斯坦认为，这不仅仅是一个简单的类比。此后他证明，黑洞确实有熵，黑洞熵实际上与它们的表面积成正比。

既然黑洞有熵，那就相应也有温度，黑洞就必须对外辐射能量。这显然违背了「一切物质都不能逃出黑洞」的常识。霍金在此基础上严格推演后，提出了著名的霍金辐射，证明了「黑洞其实不黑」，黑洞确实会对外产生辐射。量子力学认为，真空中可以产生粒子对和湮灭。从真空借来能量瞬间创造粒子，湮灭后又把能量还给真空。但如果一对粒子反粒子碰巧在黑洞的事件视界附近产生，其中一个可能会坠入黑洞，永远消失，而失去了湮灭对的第二个粒子将变成真实，黑洞外的观测者将以霍金辐射的形式探测到这些粒子。霍金辐射会导致黑洞慢慢失去质量，就像在蒸发一样。黑洞熵方程在熵、热力学与量子引力之间建立起了联系，成为是关于统一引力和量子力学最重要的线索。

肯斯坦、霍金等人的工作证明，黑洞其实是一个热力学体系，它有质量、温度、熵等热力学量，这些热力学量满足热力学的四大定律。热力学意义上的熵是跟体系占据的体积成正比的，但黑洞的熵居然是跟表面积成正比。这一特殊的性质暗含着深刻的内涵，同时也揭示出引力具有非同一般的性质—引力全息原理。发生在黑洞中的现象，其表面全都「知道」，黑洞的表面就像电影的荧幕，单凭荧幕上放映的信息就能解释其内部发生的一切。

全息原理与平面宇宙

回到刚才把一本书扔向黑洞的例子。从视界外的观察者角度来看，书进入了黑洞化为了灰烬，但书相关的信息留在了黑洞表面，在黑洞表面你甚至能计算出1比特的信息对应所占的表面积。而在书的视角，它安然无恙地穿过了视界，继续向黑洞奇点坠落。书究竟是存在于黑洞表面还是在黑洞内部？答案是同时存在，两个都为真，没有哪个更真。不存在任何第三者可以同时与黑洞中的书和黑洞外的观察者之间交换信息。两本书是同一本书，也同时是不同的两本书，两本都真实的书。类似于全息图像一样，三维图像的信息编码在二维平面上，然后用特殊的方式把三维图像显示出来。

黑洞是有视界的，放大到整个宇宙尺度，我们的可观察宇宙也存在一个视界。黑洞的视界是一个光也无法逃逸的球面，而可观察宇宙的视界恰恰相反，它是一个外界的光无法到达我们的球面。那么，我们周边的所有三维物体是否也可以看成是宇宙视界表面二维信息的投影？1993年由诺贝尔物理奖获得者特霍夫特（Gerardus’t Hooft）提出引力全息，1994年，斯坦福大学的物理学家萨斯坎德（Leonard Susskind）进一步阐述了这一思想，演绎出弦论版本的全息原理。所谓引力的全息性质，是指一个引力体系其有效自由度（所有性质，包括动力学过程）正比于其体系表面，就好像分布在其表面上一样。即，所有在三维空间某一范围内发生的引力现象都可被投影到相应的空间的边际，从而可以将其理解为在二维荧幕上发生的现象。全息原理指出，整个宇宙其实是一个呈现在可观宇宙视界上的巨型「二维码」，而我们自身以及周围所有的一切，不过都是这张「二维码」里面的比特。

黑暗森林与神级文明

《三体》中叶文洁顿悟了两条宇宙社会学的基本公理「生存是文明的第一需要」、「文明不断增长和扩张，但宇宙中的物质总量保持不变」，以及两个基本概念「猜疑链」和「技术爆炸」。罗辑在此基础上推导出黑暗森林法则：「宇宙就是一座黑暗森林，在这片森林中，他人就是地狱，就是永恒的威胁，任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭，这就是宇宙文明的图景，也是对费米悖论的一种解释。」

然而争夺物质层面的森林法则仅仅是最低级别的黑暗森林。「宇宙的总熵在升高，有序度在降低，像平衡鹏那无边无际的黑翅膀，向存在的一切压下来，压下来。可是低熵体不一样，低熵体自身的熵还在降低。有序度还在上升，像漆黑海面上升起的磷火，这就是意义，最高层的意义，比乐趣的意义层次要高。要维持这种意义，低熵体就必须存在和延续。」

当歌者文明中较低阶级的一个清理员向太阳系扔出二向箔时，显得随意而又轻松。然而歌者文明之所以清理其他文明，并不是为了争夺资源与能量，而是为了争夺宇宙熵增不可逆的大趋势下低熵状态生存权力。全宇宙处于熵增情况下，清理其他处于熵减的低熵体文明，拖延宇宙熵增的速度，来保证同为低熵体的歌者文明能存活到最后。这是一种更为高阶的黑暗森林法则。对歌者文明而言，存在就是错误，存在就是熵增，存在就必须被清理。

细思恐极的是，歌者文明在地球文明与三体文明眼里，俨然已经是神级文明。但从时间线的描述来看，最终摧毁太阳系的并非是歌者文明发出的二向箔，而是其他类歌者文明发出的二向箔率先抵达太阳系并导致了太阳系的二维化。说明类似歌者阶段的文明在宇宙中也早已比比皆是。

而最后出现的归零者文明更是神级一样的存在，相比于歌者文明而言，「归零」显得更是一种信仰。他们不光不在乎对物质能量的争夺，也不在乎争夺低熵生存权。拥有着数学规律作为终极武器的归零者们，光速是他们抵御其他一切文明黑暗森林打击的最有效的防御。而归零者文明生存的唯一意义，就是重启宇宙。「把时针拨过十二点。比如说空间维度，把一个已经跌入低维度的宇宙重新拉回高维，几乎不可能；但从另一个方向努力，把宇宙降到零维，然后继续降维，就可能从零的方向回到最初，使宇宙的宏观维度重新回到十维」。让宇宙重回田园时代，让一切回归大爆炸之初，同时也能让熵增也归零。这更像是一种宗教，一种行为艺术，没人知道是否会成功，包括归零者自己。