想看懂電影《天能》中物理觀點？逆轉未來的關鍵？你得先搞清楚「熵」究竟是什麼！

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編按：電影《天能》中諾蘭導演在劇情中帶入物理學觀念，顛覆了大眾對世界的想像，尤其片中提到，主角能將未來逆轉的關鍵竟是「熵」，到底「熵」代表什麼？

以下為《觀念物理3》中，摘自物理教學專業家休伊特的精闢解析：

熵

有序能量會轉變成無序能量，由這個自然趨向之觀察加以具體化後，得到的概念就是「熵」。熵可以用一個數學等式來表示，此等式是說，在理想熱力學系統內，熵的增加Δ S ，恆等於系統內熱量的增加ΔQ除以系統內的溫度T。

亦即ΔS ＝ΔQ／T。

熵是該系統混亂程度的計量指標，混亂程度增高，熵就增加。所以第二定律也可演繹成：長時間的自然過程中，熵永遠是在不斷地增長。從瓶子內逃逸出去的氣體分子，是從比較有序的狀態改變為較混亂的狀態。組織周全的結構，時間一久，會漸漸變得雜亂無章。

好好的東西，自己會逐漸分崩離析。只要讓物質系統自由地分派自己的能量，系統內的變化趨勢永遠是朝著熵升高的方向進行，而系統中可用來做功的能量，會愈來愈少。

在物質系統中，熵通常都在自動增加。但是如果有功輸入，就像生物體內，熵會減低。一切生物，包括細菌、樹，到人類，都從它們的周遭環境中提取能量，並且用它來增強它們本身的有機組織。這種生命形態的秩序，卻依靠著其他方面熵的增加來維繫。

所以雖然單獨看生物體內，熵在降低，但若跟它製造出的廢棄物一起來算，則總共熵的淨值，仍然是在不斷增加。活著的系統，必須繼續從外獲取能量才能維持生命。一旦停止提取，生物就會很快死亡，然後又回到分解、混合之途。

有件軼事，趁此順便與讀者分享。熱力學第二定律被提出後，立刻成為熱門的科學話題，美國名作家愛默生（Ralph Waldo Emerson, 1803-1882）則從哲學角度對此發表評論，他說並非每件事物都一定得隨著時間愈變愈亂。

以人的思維為例，他認為有史以來，經過世代傳承，人們對世間一切事物性質的認知，反倒是愈來愈透徹細緻、愈來愈有組織。所以人的思維是朝更有秩序的方向演進的。

熱力學第一定律是個自然界中無所不包的通用律，完全沒有例外。但是第二定律則只是個機率的表述。只要等候的時間夠長，再怎麼不可能發生的情況，還是有機會出現。

直接說來，熵確實有可能在一些情況下自然降低。譬如在房裡一角亂動的空氣分子，可能在某一瞬間剛好排列得整整齊齊；就像我們把大把一元硬幣撒地上，而全數硬幣剛好都是人頭朝上。這樣的情況，不是完全不可能發生，而是發生的機率太小。

第二定律所告訴我們的，是事情發展最有可能的趨向，而不是唯一的選擇。有人拿熱力學定律開玩笑，他說你不但贏不了（因為從任何系統內，你絕對無法取出比你放進去更多的能量），也別想保本（因為你所能取出的能量，只會比你放進去的少），還不能不賭下去（宇宙間的熵一直增加，由不得你來叫停）！

【書籍資訊】
《觀念物理3》

出版日期：2018.06.29