图1.15 系统从一个相当小的粗粒化区域的p0点开始演化。
图1.16 随着维数增大,相邻粗粒化区域的典型数目迅速增大。(a)n=2,一般有6个相邻区域;(b)n=3,可以有14个相邻区域
当然,以这种方式获得更小的熵值也并非完全不可能,我们只是说出现这种熵减小的可能性必然是微乎其微的。我们得到的熵增只是代表了一种趋势,而那趋势应该作为事物的正常状态,其演化进程并不特别偏向相空间的任何粗粒化区域,仍然可以认为点p在相空间里的轨迹在本质上是随机的,尽管演化实际上遵从确定而且完全决定论的牛顿力学的过程。
我们当然有理由问,为什么p要像上面说的那样一步步进入越来越大的粗粒化区域,而不直接进入最大的粗粒化区域呢?这里,max指通常说的热平衡,max的体积将超过其他所有粗粒化区域加在一起的总和。实际上,可以预期p最终会达到那时,它几乎会一直留在那个区域,只有非常偶然才会溜进更小的区域(即热涨落)。但演化曲线肯定描述的是一个连续的演化,一个时刻的状态不大可能与前一时刻的状态截然分开。于是,粗粒化区域的体积也不可能比相邻区域大很多数量级,也就不可能跳跃到max,尽管演化曲线经历的粗粒化区域确实有着巨大的体积差别。我们不指望熵也那样不连续地跳跃,它只能逐步地经过越来越大的值。
这看起来很令人满意,而且令我们相信熵向着未来渐长是完全自然的期许,几乎用不着更深入的考虑——当然,为了满足纯数学的爱好,还需要一些严格的细节。前一节说的鸡蛋,从“现在”时刻处于桌子的边缘,然后落下,在地面打碎,真是一个熵增大的演化。正如上面所说,这完全符合相空间体积增大的简单图景。
然而,我们可以提出另一个问题,略不同于鸡蛋未来行为的问题。让我们来问问鸡蛋过去的可能行为。我们想知道,“鸡蛋最可能以什么方式才能在开始的时候处在桌子的边缘?”
我们的推理大概就得到这样的结论,但它有意义吗?这样的演化曲线将远远多于那些从一系列更小区域(如……
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