和进化，熵增代表简单化和退化，因此又可推出下面的结论：孤立系统只能退化，不能进化。如果把整个宇宙当成一个孤立系统，那么整个宇宙只能退化，不能进化。

2.热寂说

从熵增定理出发，必然得到一个结论，就是宇宙热寂说。如果宇宙不能从内部获取负熵，它会不断熵增，最终会走向热寂。熵增就是趋向简单和对称，所谓热寂就是简单对称的极限状态，各处都一样，各处的能量都均衡了，没有太阳，太阳跟地球温度一样了，也没有生物和人类了。所有的恒星都消失，所有的星体都消失，都变成宇宙尘埃。整个宇宙像沙漠一样，宇宙就走向死亡了。

热寂说的结论是完全错误的。我们看到的是世界的进化，非生物从基本粒子进化出介子、电子、原子和分子等复杂物质，生物由简单的单细胞发展到复杂多样的各种生物，人类社会也有一个从简单到复杂的进化过程。其实宇宙之初，即宇宙大爆炸之后的状态就是热寂状态，今天的宇宙是从热寂中一步步走出来的，是不断熵减的结果。克劳修斯说，宇宙一旦进入热寂状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。但事实上，宇宙轻而易举地走出了热寂，没有从外界引进任何负熵。宇宙不仅自己制造了负熵，而且一发不可收，不断制造新的粒子，还有各种大分子和生物，不断制造新的物质的对称性破缺和能量的对称性破缺，宇宙的结构越来越复杂。

    前面说过，永动机就是可以让耗散过程的效率达到百分之百的的机器，不需要从外部获取负熵就可以让不可逆的过程自发地逆过来。永动机不需要从外部获得动力就能把热能或其他形式的能量转化成动能。不可逆的过程是熵增，把不可逆过程逆过来是熵减。热力学第二定理认为，孤立系统只能熵增，不能熵减，也就是说，孤立系统不可能是永动机。孤立系统要想不断地产生熵减，必须从外部引入负熵，从外部得到进化的动力，所以永动机不存在。

   那么永动机真的不存在吗？是否存在一个系统，只依靠自身获取负熵呢？有，宇宙就是一个永动机。因为宇宙没有外部，宇宙的负熵不可能来自于外部。既然永动机客观存在，那么热力学第二定理就是错误的。

热寂说是开尔文于1852年提出的。一百多年来，对“热寂说”的批评此起彼伏，但无论从科学上看还是从哲学上看，多数批评都未能切中要害，缺乏说服力。因而争论一再爆发，至今没有定论。

热寂说是热力学第二定理的必然推论。热寂说是错误的，那么热力学第二定理就一定是错误的。但到现在为止没有人能推翻热力学第二定理。那么热力学第二定理到底对不对，这对于全世界的科学家来说都是一个最前沿的课题。

3.过去的两种解释

很多人想和稀泥，找些理由把热力学第二定理和世界的进化调和起来。普里戈金和布里渊想用开放性来解释，他们说熵减来自于系统外部，不可能来自内部。这种说法显然不能成立，如果说地球的负熵来自于外部，这可以理解，主要来自于太阳，那么太阳的负熵来自于哪？来自银河系吗？那银河系的负熵来自于哪？河外星系？那么把宇宙作为一个系统，宇宙的负熵来自于哪?宇宙的负熵只能来自系统的内部。大爆炸以后已经完全均匀对称了，达到最大熵了，如果按照普里戈金等人的解释，说有些地方熵减是因为其他地方熵增，但整个宇宙的熵都达到最大了，还有什么地方能熵增呀？

既然宇宙的负熵不可能来自外部，只能来自于内部，那么来自于内部的什么东西呢？如果这个问题不解决，我们就不能从理论上彻底推翻热力学第二定理。麦克斯韦提出过一种解释。他发明了一个小妖精，被称为“麦克斯韦妖”。他说这个小妖精有极高的智能，可以追踪每个分子的行踪，并能辨别出它们各自的速度。在一个温度均匀的充满空气的容器里，空气分子的运动速度是不均匀的。现在假定把这样一个容器分为两部分，A和B，在分界面上有一个小孔。再设想麦克斯韦妖可以打开或关闭那个小孔，使得快分子从A跑向B，而慢分子从B跑向A。这样，就在不消耗功的情况下B的温度提高，A的温度降低，这样就与热力学第二定理发生了矛盾。这样对称性破缺就发生了，熵减产生了，世界就可以进化了。

但是，麦克斯韦妖真的是世界进化的原因吗？很多专家认为不可能，为什么不可能呢？他们提出的理由是，麦克斯韦妖在制造非平衡时必须消耗外来的信息，它需要看谁的速度快，谁的速度慢，这是在接收信息。信息是一种负熵。所以负熵还是不能从内部产生。如何解释世界的进化至今仍然是一个世界性的难题。

4.世界进化的动力

那么负熵到底来自于内部的什么东西呢？我的答案是：负熵首先来自于四种基本力：万有引力、电磁力、强核力和弱核力。

刚才说麦克斯韦妖即使不消耗能量，也必须消耗来自外界的信息，那么有没有不消耗能量也不消耗外来信息的麦克斯韦妖呢？有。在前面在例子里，如果盒子里有两个小球，它们可能都在同一边，也可能在两边均匀分布，均匀分布的可能性大，在同一边的可能性小。但是如果设想在盒子的两侧各有一个氧原子，那会怎么样？它们会一边一个吗？肯定不会，它们一定会很快结合成一个氧分子，于是这两个氧原子要么都在左边，要么都在右边。也就是说容配数最大的状态不是对称的状态，对称性破缺才是概率最大的状态。这种对称性破缺的出现既不消耗能量，也不消耗外来信息，也就是说不需要从外界输入负熵，这是一个自发的熵减过程。热力学第二定理说孤立系统不能自发地熵减，现在熵减自发地产生了。前面说了对称性破缺就是熵减，熵减就是进化。也就是说这个系统自发地进化了。

是什么力量破坏了热力学第二定理呢？是什么力量让这个系统内部自发地产生了熵减，产生了对称性破缺呢？是化学键，化学键就是电磁力。化学键破坏了结构的对称，不能一边一个了，只能在同一边了。所以化学键就是一个麦克斯韦妖，化学键可以区分不同的原子，氧原子的化学键“认识”其他的氧原子，也“认识”氢原子、铁原子等，会自发地结合起来。这种“认识”意味着其中包含信息和负熵，但不是从系统外部输入的，也没有智能。不需要外来的小妖精或者人去控制它。

刚才说的是两个氧原子，如果是两个氧气分子就不一样了，它们之间没有电磁力，所以它们会趋向对称结构，会在两边均匀分布。那么液体和固体呢，水分子的电荷有极性，所以水在常温下是液体，因为电荷的极性把水分子绑在一起了。氧气分子的电荷是没有极性的，所以常温下是气体，每个分子都离得很远才表现为气体。其他液体和固体也都是靠电磁力把分子聚集在一起。当温度足够高的时候，分子才会挣脱束缚，变成气体。当你把若干个液态水的分子放在盒子里时，这个盒子分为上下两部分，那么这些水分子会自发地在上下均匀分布吗？当然不会，肯定都在下面，不会自发地跑到上面去。也就是上下对称状态的微观状态数是零，系统会永远保持对称性破缺的状态。

有位北大的著名学者反驳我的观点，他说，麦克斯韦的思想实验中所提到的小球都是指气体分子，不能指其他分子。你们觉得他说的对吗？我认为不对，如果只考虑气体分子，那么麦克斯韦的这个思想实验就没有普遍性了。那么它的结论就不能推广到整个宇宙，就不能作为讨论宇宙热寂说的依据。如果我们要讨论整个宇宙的问题，那么我们设想的思想实验中的对象就应该具有普遍性，能代表任何物质，可以具有物质的各种属性。

化学键是一种电磁力，除了电磁力之外，万有引力、强核力和弱核力也都会破坏热力学第二定理，它们都是麦克斯韦妖。我们可以把地球周围的空间划分为若干网格，地球占据其中一个格。地球由很多物质组成，地球上的物质会不会在这些网格中均匀分布呢？当然不会，它们都集中在一起。从容配数的角度看，这种状态的存在概率几乎为零。那么是什么力量把它的存在概率从零提高到100%的呢？是万有引力。