能量是单向流动的还是循环流动,能量单向流动和双向流动的区别

如下这张图，是一滴水扩大10亿倍后的图，这张图，诠释着我们整个宇宙的奥秘。我们试着来探究下，我们不断流动的世界，是如何被这些小东西给规定着的。

图01

扩大10亿倍是一个什么量级？假如这滴水跟一个苹果一样大，这个苹果扩大10亿倍，那么大概就是我们地球这么大。

另外 ，由于我们只能在一个二维的平面世界来描述这滴水，因此需要大家发挥想象力，把它想象成一个三维的空间，这些水分子是在一个三维空间里，不断运动着的，不断地你挤我我挤你，时刻抖动不停。

是的，从来没停过，宇宙有137亿年，那么这些粒子从来没有停止过抖动，它们一直在相互碰撞着。

• 当它们相互之间离得太远时，就有吸引力把他们彼此拉近。
• 当它们相互之间离得太近时，又会有排斥力使得他们分开。
• 就这样，彼此之间相互碰撞，从来没停过。

这就是能量的本质， 所谓能量，就是这些最小的粒子时刻不停的抖动的现象，能量是这些大量粒子不断相互作用的宏观表现。

我们再看来如下这张图：

图02

这是一个水面，上面是氧气和氮气，还有水分子【水蒸汽】。下面密集区是水，即水分子。我们可以看到有氮气跑到水里了，也有水分子跑到空气里了。

请大家注意，这也不是一张静态的图，这里空气中的分子在空气中时刻相互碰撞着，只是由于空气中的分子的密度较低，因此碰撞频率较低，也就是分子之间抖动得不是很利害。

下面水分子也没有片刻的宁静，它们密度更大，相互碰撞的频率就非常高。

以水面作为分界线，不断发生以下事情：

• 空气中的分子，偶尔会被撞入水里。
• 水中的水分子，偶尔会被撞入空气中。

请注意，这就是熵增定律的一个最底层规定。

我们假设一个理想模型，空气中的分子与水中的分子，运动强度一样。

• 由于空气中的分子密度低，因此，被撞入水中的分子数要低于水中出逃的水分子。
• 而水中的密度高，被撞出水面的分子数多于从空气中进入的分子数。

那么这个过程的宏观态就会表达为水的温度逐步降低，空气的温度逐步升高。当在单位时间内进入与出跳的水分子数一样时，即水与空气温度一样，此时达到大体平衡状态，但这个系统不会因此停止运动，不断还是有进有出，只是进入的水分子与出来的水分子数目一致，达到平衡态。

这就是能量守恒与熵增定律的最底层表达，本质上，这两条定律就是描述上面粒子微观运动的宏观态的，只是我们没法具体描述一个粒子的具体行为，我们只能一个系统与另外一个系统之间，这些粒子在宏观上的表现，于是就表达为我们的能量特性。

但一定要清楚，它的本质，就是这些最微观粒子的运动状态。

就是这些粒子的这些特性，决定着我们整个宇宙，决定着我们人类，甚至每一个人的命运。

因此，我们有必要，非常清楚这些粒子的运动模型，下面我们再进一层说明下。

我们在图01已经说过，所有这些分子或者粒子，都在时刻不停的相互碰撞，相互之间远了就有吸引力把它们拉近，近了就有排斥力把它们弹开。

但有时候，边缘的分子，被弹出去的力大于吸引力时，分子就被弹出去。

于是有些在水表面的水分子，弹出去的力大于吸回去的力时，它就被弹了出去，被弹到了空气里面去，那么此时发生什么神奇的事情？

被弹出去的水分子，带走的力，大于图02中水分子相互之间作用的平均力，于是这个水就变冷了，这就是我们的蒸发。

什么意思？

我们可以简单这样理解，只要有水分子离开水面，原先水的这个系统，就少了一个抖动，这使得整个系统的平均抖动变小了，也就是整个体系的抖动因为少了一个抖动而变得缓慢了一点。

假如这是一杯热水，不断有大量的水分子离开水面进入空气，那么这杯水很快就会冷下来。而周围的空气会变热，也就是空气中由于大量水分子的进入，使得空气这个系统整体粒子的抖动加剧，于是空气这个系统能量升高。

热量就是这些粒子的抖动程度宏观表述。

• 粒子抖动得越厉害，系统的热量就越多，能量就越大。
• 粒子抖动得越不利害，系统的热量就越少，能量就越小。
• 当有粒子离开这个系统时，系统的平均抖动程度变小，热量就减少，系统能量就变小。
• 当有粒子进入系统时，系统的平均抖动程度变大，热量就增加，系统能量就变大。

图02的水面，时刻有粒子进入水里面，时刻也有粒子被弹出水面，如果：

• 当进入水里的与弹出水面的粒子一样多时，系统能量不变，即两个系统温度相同。
• 当被弹出水面的粒子多于进入水里的粒子时，水这个系统能量变小，如一杯热水变冷了。
• 当被弹出水面的粒子少于进入水里的粒子时，水这个系统能量变大。

所以，当我们想要让一杯热水快点冷下来时，用风吹可以快速使得它冷下来，因为风会快速带走大量水分子。

假如我们把一杯水放在空气中，只要时间够长，最终这杯水会蒸发掉，因为空气中的水分子进入水的速率永远比水中的水分子进入空气慢。

反相，如果我们拿个盖子盖上这杯水，那么一开始水分子进入空气中并且被盖子限定在一个区域内，这个区域内的水分子密度会越来越大，随着水分子在这个区域中的密度越来越大，最终水分子从空气返回水分里的速率与原先从水里跑到空气的速率会达到一致，也就是达到平衡状态，于是，这个有盖子的水，就会一直保持不变。

同样，要让一杯热水变冷，就打开盖子；要让他保持温度，就盖上盖子，就是这个原理。

我们烧开水时，要盖上盖子，这样使得被弹离水面的水分子大量聚集在盖子下与水面上之间的区域，使得这个区域水分子密度增加，结果这个区域的水分子抖动得越来越激烈，最终就会有更多的粒子被弹回水里，使得水更快烧开。

请不要小看这些粒子的抖动以及系统之间粒子的流动，他就是能量的本质，粒子抖动的特性及流动就构成了我们整个宇宙。

图02，我们可以把水面以上的空气假设为系统一，把水假设为系统二。这2个系统相互接触，他们之间能量的流动如下：

• 假如这是一杯刚刚烧开的100度开水，放在空气中，那么杯子里的水分子剧烈碰撞，就会有大量的水分子被撞离水面，进入空气中，成为水蒸汽，因此我们肉眼可以看到一杯刚烧开的开水，放在空气中，上面会有大量的水蒸汽，这就是被撞离水面的水分子。
• 很显然，空气中水分子是很少的，因此他进入这杯热水的数量远远低于被弹出的水分子数量。
• 因此，系统一由于有大量的高速运动的水分子进入，系统一能量升高。
• 系统二由于有大量的水分子被弹出，系统二能量降低。

在系统一与系统二之间，不断有粒子从系统一进入到系统二，同时不断的也有粒子从系统二进入到系统一。

• 当粒子进入一个系统的数量大于被弹出粒子的数量时，这个系统能量就升高。
• 当粒子进入一个系统的数量小于被弹出粒子的数量时，这个系统的能量就降低。
• 当粒子进入与弹出的数量一样多时，系统能量不变。

这就是能量的本质，也就是势力学第一定律和势力学第二定律。

• 势力学第一定律：能量会从一个系统流向另外一个系统，流动过程总能量不变。
• 势力学第二定律：能量会自发从高温系统流向低温系统，但不会自发从低温流向高温。

其最低层的规定性，就是这些粒子不断相互之间碰撞的本质。我们人类把这个现象叫能量，粒子之间碰撞所产生的现象，就是目前整个宇宙的规定性。

• 系统一能量低，就是因为里面的粒子碰撞不激烈，如水面上的的空气。
• 系统二能量高，就是因为里面粒子碰撞激烈，如开水。

把系统一和系统二连接上，那么最终这两个系统粒子运动会达到平衡状态，我们简单理解成粒子抖动激烈程度达到一样。

比如，一杯冷水和一杯热水混在一起，那么他们最终的温度会处于原先两杯水的平均温度，也就是所有粒子的抖动碰撞程度，最终达到一样。

这就是熵增定律的本质。

我们上面描述粒子在抖动时，默认有个前提，就是我们无法描述单个粒子的微观状态，也就是没法描述一个微观粒子的运动状态，我们研究的是一个系统所有粒子的平均运动状态，也就是这个系统粒子运动的宏观态。

热量与熵增定律对系统粒子宏观态的表达，我为了方便大家理解能量的本质，因此一开始我们从粒子切入，下面我们来看看粒子运动所构成的系统的宏观态，有什么特质。

一杯冷水和一杯热水混在一起，最终这个系统会达到平衡，也就是所有水分子的运动状态，抖动程度达到一样。

我们假如有一杯100度的水A和一杯0度的水B，体积一样：

• AB混合后，变成C，温度变成50度，此时水分子按温度50度的程度抖动。
• 我们再拿一杯0度水D，体积和C一样，CD混合成E，此时温度变成25度，此时水分子按温度25度的程度抖动。

我们可以简单理解，25度的这杯水E的水分子抖动比50度的水C慢一倍。因为水分子的抖动程度，就是温度。

我们可以继续拿这杯25度的水E继续跟0度的水混合，然后不断混合下去，新混合成的系统水分子的抖动程度会变得越来越小，但是新混合成的系统，总能量是不变的，因为混合后分子数增加一倍，但变化的是新系统的粒子抖动程度处于原先2个系统的平均水平。

也就是一个高能系统一与低能系统只要一连接上，新系统粒子的抖动程度会比原来高能系统粒子的抖动程度小，这个新系统，如果再接触到一个比他低能的系统，立即又形成另一个新系统，于是粒子平均抖动程度再次变小。

就这样，随着不同系统之间粒子的流动，整体系统粒子的平均抖动程度在一直变缓下去。

这就是能量的单向流动，这就是熵增定律的本质。

能量永远自发从高温系统流向低温系统，也就是从粒子抖动程度大的系统向抖动程度小的系统流动。

我们简单点说，能量的单向流动，就是粒子抖动程度越来越慢的同一过程。

如果我们把目光放到整个宇宙，把整个宇宙当成一个系统，宇宙最开始是一个能量最高点，即粒子平均抖动程度最大，然后不断的往粒子平均抖动程度小的方向流动，这个不断流动的过程就是我们目前137亿年，能量依旧在单向流动，从粒子平均抖动程度大的向平均抖动程度小的方向流动，这就是能量的单向流动，我们把这个过程也叫能量的单向衰变，流向哪里？流向最终的热寂。

也就是流向最终所有粒子抖动的最小程度，热寂就是宇宙所有粒子的平均抖动程度达到最小且一样时，即能量不再流动，时间届时停止，空间不再扩张。

这就是现代宇宙论，一个目前比较公认的模型。在这个模型下，可以解释我们现在这个世界的所有现象。

熵增定律的另外一个定义：孤立热力学系统熵永不减少，就是说，你要让能量从低温流向高温，你得对他做功，不做功，它的自发倾向就是从高温流向低温。

也就是说，你要让空气中的水分子更多的流入一杯热水中，你得有外力作用，否则热水中出逃的水分子永远大于进入水面的水分子。

所有粒子流动的自发状态，就是从从粒子平均抖动程度大的向平均抖动程度小的方向流动，熵熵定律就是说，如果没有外力作用，粒子永远就是粒子平均抖动程度从大到小的方向流动。

从能量奇点最高点粒子抖动的程度最大，到所有粒子平均抖动程度不断变小的过程，就是时间。

即时间是粒子第一基本属性，他是衡量抖动程度的量，抖动程度单向变小，就是时间单向流动的直接说明。

粒子抖动程度只会自发从激烈到缓慢，而不会自发从缓慢到激烈，也就是上面图02，激烈抖动的系统如热水，弹出去到空气的粒子数永远比从空气进入热水的粒子数多，直到这两个系统达到平衡状态。

因此，时间一定也是一去不复返的。

空间就是粒子不断抖动所延展开的世界，我们先简单这样理解。

粒子抖动的自发倾向，就是所有粒子最终抖动程度会达到一致。

比如我们往一杯清水里滴入一滴墨水，这滴墨水会不断扩散开，最终均匀分布在整杯水，如果把这个过程录下来，然后把录像倒着放，我们会看到从均匀分布在水里到聚集成一滴墨水的过程，这在自发状态下，是一定不会发生这种现象的。

墨水一滴进水里，一定会不断自发扩散开，最终均匀地分布到整杯水，这就是我们能量的自发状态，这个世界的本质，就是这个状态。

你要让均匀分布到整杯水里的墨水重新聚焦成一滴墨，需要外界对他进行做功，才可能实现这个过程。

比如我们夏天开空调，就是通过空调做功，强制性的把热量从房间里面压缩到外面空气中，这个过程就是一个反熵增过程，因为正常状态下，开了空调，房间里粒子的抖动程度一定是比外面空间粒子的抖动程度小的，自发状态外面空气的粒子是要更多注入房间的。

而空调压缩机，就是这个外力强制性逆着上面这个自发过程，生命就类似这个反熵增的过程。

能量单向流动的耗散过程，也就是熵增过程，表达在结构上就是结构的越来越无序化，也就是从有序能量向无序能量自发转变的过程。

比如我们烧一壶水，里面的水分子是高速有序化运动的，水放凉了，水分子的运动状态最终会回到均匀运动的状态，即完全无序的状态。

也就是这个世界，一切结构的自发倾向是越来越无序化，去结构化的，最终达到热寂，所有粒子均匀分布。

我们生命就是这样一个反熵增的过程。

比如，人体的体温时刻都比外界空气高，因此，自发状态下，如果人体不从外界获取任何能量，则人体这个系统会跟外界空气这个系统看齐，最终人将消散掉。

因此，我们时刻都必须从外界获取能量，来保持我们的体温，来保持我们日常人体功能开销，而熵增的过程，就是我们人体这个高度结构化，平均粒子高速抖动的系统，它永远要向周围空气看齐。

比如，水永远从高往低流，水的这个高度差越大，则水的流速越快。

生命反熵增就类似这个过程：

结构体耗能越大，体现在结构上能力越大，结构越复杂，我们简单理解为，此时这个系统的粒子平均抖动程度就越大，此时，他就与空气差距就越大，我们还是简单把它想象成上面水的高度差，于是随着水的高度差变大，这股从高流向低的自发力量就越大。

而作为生命，就是要从外界至少获取同等量的能量来抵消这个高度差的耗散能量，于是就表达为我们能力越大，结构越复杂，要保持这样的结构需要的能量就会越大，于是生存难度就越大。

而我们人类，作为一个最复杂的结构体，能力也是最大的，这本身就意味着，人类这个物种，生存形势也是最恶劣，求存难度也是最大的。

我们再打个比方，方便大家理解：

• 假如把一桶水从一楼提升到二楼，我们需要做1层楼的功。水到了二楼，它永远有要流向一楼的冲动，于是要保持这桶水在二楼，我们时刻必须从外界抓取至少1层楼的功。
• 假如我们把这桶水提升到了三楼，则需要做2层楼的功，而这桶水，它永远有要流向一楼的冲动，于是要保持这桶水在三楼，我们时刻必须从外界抓取至少2层楼的功。
• 假如我们把这桶水提升到了100楼，则需要做99层楼的功，而这桶水，它永远有要流向一楼的冲动，于是要保持这桶水在100楼，我们时刻必须从外界抓取至少99层楼的功。

水永远有流向1楼的冲动，就是能量熵增的本质，也就是上面粒子抖动的本质，而作为生命，我们把能力提升到了哪一层，就永远需要至少从外界抓取等量的能量，才能维持我们的结构体系。

请注意，这里的结构，包含所有实体结构与虚的结构，只要涉及到能量支出的，都是我们所说的结构，因此，所有能描述的属性，都是结构，都需要能量来维持，都是反熵增的过程，都需要我们为此付出代价。

我们日常生活里面的整个生活体系，都需要有能量的输入，才能保持那个结构，这个结构体越庞大，我们就需要越多的能量来维持，因此，就需要更大的反熵增，于是每个人的压力就会越大。

万物都在求存，生命更不例外，生命更有求存的迫切性，因为他是更高的结构体，他的反熵增高度差相比无机物更大，大太多，能量的不断衰变过程，万物呈现属性及能力越来越大的过程，其背后的本质，就是反熵增高度差越来越大的过程，这就表达为生存形势越来越恶劣的过程。

我们还是以水为比喻：

进化到二楼的结构及能力，也就是把水提升到二楼的能力，至少需要从外界获取1层楼的功，才能维持水一直在二楼。

当随着流量的衰变或者外界竞争，当前的二楼能力不足以获取足够的能力时，物种随即提升能力，我们假设它把能力提升到三楼，就能获取足够的能量了，此时它一方面提升能力获得生存优势，另一方面也付出了代价，水【能力或结构】到了三楼，就必须时刻从外界获取2层楼的能量，而之前只需要1层。

此时，在尚且能获取到足够的能量时，万物绝不会主动去提升能力到4楼，因为那还意味着要时刻做3层楼的功的代价。

除非，当生存形势又恶化了，三楼的能力不足以获取足够的能量时，物种再次提升能力，此时它就必须到4楼了，也因此，必须时刻从外界获取3层楼的能量才能维持他的结构了。

就这样，在这样一条原则下，万物一直演化进化下去。

而这条原则，就是最小作用量原则，万物都遵守这条定律。

演化进化至人类诞生，人类随即主宰了这个地球，我们假设此时的人类是十几万年前的智人，能力提升到了100层，即此时的智人，时刻必须从外界抓取99层楼的能量，才能维持他的生命。

此时，智人尚未主宰这个地球，他依旧在食物链中与其他动物搏斗，人口极其稀少，他的生活也极为简单，几个人群居，然后联合起来对付猛兽，这个过程历时十几万年。

随着时间推演，能量耗散及生存环境恶化，种间竞争等等，人类开启了我们的农业文明，我们假设此时能力及结构到了1000层，农业文明一旦展开，农业所获得的能量是让一块土地长草然后猎*动物所能获得能量的200倍，人类随即获取大量的能量，人口开始大量增长，土地资源就变得不足，于是大规模开发农耕地，导致植被及森林被大规定破坏，耕地面积变大，人口进一步增长，又进一步开发农耕地，最终生存环境再次恶化，资源开始变得不足，而人口又已经翻了无数番。

农业文明历时1万年，我们所设此时能力及结构的生存形势到了1000层，要应对这样的生存形势及结构，需要从外界获取999层的能量。

随着生存形势快速恶化，我们很快就必须靠工商业文明才能获取足够的能量，才能维持我们生存，假设此时能力到了10000层，我们的生存难度也提升到了，时刻必须从外界获取9999层的能量 ，才能满足能量需要。

人类每开启一期新文明，随即获得大量的新能量，新能量一获得，我们随即开始大规模的消耗能量，提升人口，提升能力，提升结构等等。

这直接导致的结果就是，我们很快又到了该时代资源告急的情况，于是又必须进入下一层文明。

工商业文明200年-300年，我们随即进入今天的信息文明，假设此时必须能力提升到了100000，这就是我们今天的生存难度及生存形势。

这也是为什么，我们今天的生存压力是最大的，比以往任何时候都大，而且不是线性般的上升，是指数般的上升。

原本，所有生命都不足以存在，于是都必须反熵增，但万物反熵增一定遵守最小作用量原则，因为过渡提升能力意味过度消耗能量，意味必须更大的反熵增，这在进化里面是要首先被淘汰的。

人类人口每40年翻一番，目前已经高达75亿人，如果继续按照这样的速度，到2059年，人口可达150亿，这是一个不敢想象的数字，再加上按照人类的发展速度，届时人类的能耗将会翻好几番，这是一个不太敢想象的未来，因为单单目前而言，我们已经出现种种危机，如气候异常，环境污染，生态破坏，物种灭绝等等。

万物都在求存，任何物种，在资源充足时，都会疯狂增长物种数量，直至资源不足，这是任何物种的本性，人类也不例外，但人类每次到达资源限制时，通过提升能力，随即获得大量的新能量，于是继续增长物种数量，如此一直循环，按这个逻辑趋势推导下去，我们未来极有可能会自食其果。

可见，目前我们是极有必须反思一下，我们的文明，问题出在哪里，任何一种文明，都不是永恒的真理，都有一定的时间范畴，都只是暂时的正确，过了正确的时间，就极有可能表达为戕害作用。

而往往，文明正因为长期的有效性，导致载体会被它严重遮蔽，因此，面对当下的人类的生存形势，我们是有必要反思当今人类的文明的。

• 这就是在目前信息量情况下能量的最本质，因为能量的那个奇点，目前依旧只是个猜想的逻辑模型，奇点以前什么状态，对于有限存在者，我们似乎无法触达，一切都不是永恒的真理，都只是临时正确的模型。
• 137亿年前粒子从最高点往低点的不断抖动，一直到今天，构成了我们的时间，空间。
• 粒子从高点往低点的抖动，就是能量的单向流动的规定性，所有单向演动的现象，都是粒子单向流动的结果，比如时间一去不复返，比如空间一直在扩大，比如万物能力不断提高，属性不断增加，比如世界信息量不断增加。
• 人类这个生命体以及目前的社会共同体，就是这个演化轴上的一个终末小片段，并且展现为反熵增现象，这就是为什么我们时刻都不能清闲，因为我们时刻都必须从外界获取匹配我们结构所需要的能量，我们的结构才能存在。
• 所有物种都是不足以存在而不得不反熵增，人类垄断主导这个地球后，过度反熵增，在反熵增的这条路上越跑越快，导致生存形势恶化的速度越来越快，进入恶性循环，人类作为一个物种面临严峻的挑战。
• 万物都有保守的本性，人类也不例外，保守本性是我们的基本属性之一，它是最小作用量原理的结果，它存在在我们生活里的每一个地方。
• 比如我们的分工合作体系，比如我们人体的构建原则，比如光的直线传播原理，比如我们的思维经济原则，所有一切都符合最小作用量原理，它是生存之规定。
• 对于每一个有限的生命体而言，没有一个人可以离得开社会共同体，我们都必须依靠社会共同体的能力才能有效生存，个体存在的意义，就是做这个社会共同体里面的一颗有价值的螺丝，这是每一个个体的使命，因为我们都必须通过共同体生存，共同体也离不开每一个个体的努力，万物都在求存，没有例外，我们将一直追问下去。
• 只是，人类别忘记地球是一个整体，社会共同体准确来说，是包括整个地球的生态，人类离不开这个生态，这个生态也离不开人类，万物都在求存，人类必须要有这样的眼光，未来才不至于太被动。

能量单向衰变原本就规定万物的生存形势会越来越恶劣，能量137亿年前衰变至今天，出现我们人类这么高能力的结构体以及我们最强大的社会共同体，已经说明生存难度的最恶化了。

而且能量还在一直衰变下去，这本身就意味着生存形势一定还会继续恶化下去，结果，一方面能量本身变不足，而我们还在加速反熵增，这是最大的问题所在。

万物都在求存，而人类是求存难度最大的，因此我们才需要如此强大的社会共同体，我们主宰这个地球，这使得我们相当自豪，甚至自大，看不起我们底下的这些动物们，而实质上，如果仔细思考，恰恰相反，我们正因为生存形势的极度恶化，才需要如此大的能力，因此，这没有任何可以值得自豪的。

相反，我们恰恰是那个最需要求存的物种，求存难度最大的物种，我们今天谁都必须靠社会这个共同体才能存活，但人类似乎被自我严重遮蔽，看不到这一点，还一味过度折腾，过度消耗，过度繁殖人口，这些过度的做法，又反过来剧烈的进一步地加速我们的生存形势的继续恶化。

因此，我们在全力求存的同时，我们是有必要反思有哪些做法，是会更快速加速我们生存形势恶化的，而不是任性的过度消耗，这一定会自食其果的。