三、熱力學定律

遊子吟 | 里程

熱力學第一定律和第二定律是科學界公認的宇宙普遍規律。能量守恆定律是說,能量可 以由一種形式變為另一種形式,但其總量既不能增加也不會減少,是恆定的。二十世紀初愛 因斯坦發現能量和質量可以互變後,此定律改為能質守恆定律。這個定律應用到熱力學上, 就是熱力學第一定律。這一定律指出物質和能量既不能被消滅也不能被創造,一度曾被無神 論當作宇宙永恆的根據。

熱力學第二定律是描述熱量的傳遞方向的:分子有規則運動的機械能可以完全轉化為分 子無規則運動的熱能;熱能卻不能完全轉化為機械能。此定律的一種常用的表達方式是,每 一個自發的物理或化學過程總是向著熵(entropy)增高的方向發展。熵是一種不能轉化為 功的熱能。熵的改變量等於熱量的改變量除以絕對溫度。高、低溫度各自集中時,熵值很低 ;溫度均勻擴散時,熵值增高。物體有秩序時,熵值低;物體無序時,熵值便增高。現在整 個宇宙正在由有序趨於無序,由有規則趨於無規則,宇宙間熵的總量在增加。

熱力學第二定律告訴我們,宇宙不是在進化,乃是在退化之中。曾長期在美國西北大學 執教的物理學家貝克博士(Dr. Edson Peck)指出,「我們的宇宙中熵值有增高的傾向」, 「我們有充分的理由相信,宇宙像一個發條逐漸慢下來的大時鐘」 1。誠然,我們也可以觀察 到一些暫時逆熱力學的自然現象,如生命現象。動、植物由受精卵開始,從簡到繁、從不分 化到分化,最後成為一完整的動物或植株。之所以說「暫時」,是因為這些動、植物最後也 要衰老和、死亡和解體。

暫時逆熱力學的生命現象需要兩個必備條件。第一是要有藍圖或指令。這就是在精子和 卵子的DNA中所攜帶的來自父母雙方的遺傳基因。在這些基因的調控下,一顆綠豆發芽長成一 株綠豆苗,雞蛋孵化後成為一隻小雞。第二是要一個能量轉化系統,以供給發育時期所需的 能量。光合作用、消化作用、血液循環和呼吸作用等都是這樣的轉化系統。

進化論者認為,地球是開放系統,可以不斷從太陽吸收能量以彌補在熵增高的過程中所 消耗的能量,因而進化與熱力學第二定律並不矛盾。但是,他們把能量的多寡與能量的轉化 相混淆了。問題不是太陽是否有足夠的能量維持進化過程,而在於太陽的能量怎樣用來維持 進化過程。如果把一頭野牛放進一家瓷器店,野牛用它巨大的能量在店內作功的結果只能是 一場破壞。同樣,如果蓋一座樓房沒有設計圖紙,沒有建築師統一指揮,乃是讓各種機器自 由運作,讓人們把水泥、磚頭隨意堆砌,樓房根本無法蓋成。

如果進化是宇宙的普遍現象,那麼在宇宙中一定有宏大的指令系統和能量轉化系統,使 萬物能逆熱力學第二定律,由無序到有序、由低級到高級不斷地進化。但是,人們在宇宙中 找不到這樣的系統,故進化的模式是與熱力學第二定律直接相衝突的。

創造的模式則與熱力學第二定律相吻合。起初神創造天地時,「神看光是好的,就把光 暗分開了」(創一4)。這告訴我們神起初創造的世界是冷熱分開的低熵世界。世界被創造 後,即慢慢開始退化。熱力學第二定律的提出只是近一、二百年的事,但《聖經》早在兩千 多年前清楚地指出了宇宙中熵不斷增高的自然趨勢,「天地都如外衣漸漸舊了」(詩一○二 26);「天必象煙雲消散,地必如衣服漸漸舊了」(賽五一6)。

熱力學第二定律還告訴我們,宇宙不是永恆的。因為按此定律,宇宙的熵值在不斷增高 ;總有一天,當宇宙各處的溫度完全均勻一致時,熵增到最大值,一切能量都不再能作功, 只剩下分子的隨機運動。此時宇宙就到達等溫熱死階段,一片死寂荒涼。這就是宇宙的終點 。現在宇宙還沒有進入最後階段,說明宇宙的過去還不夠長;即,宇宙必有一個起始點。宇 宙必有起點和終點,不是永恆的。創造模式相信宇宙是神創造的,故宇宙不是永恆的。

如果把熱力學第一定律和熱力學第二定律結合起來,可以引伸出一個十分重要的結論。 第一定律說:質能不能被創造也不能被消滅,也就是說,宇宙不能自己開始;熱力學第二定 律卻說宇宙必定有一個開始。這樣,宇宙只能有一個不受第一定律支配的超然的開始。這樣 的開始不可能是自然進化而是神超然的創造。

註釋

1. 海弗來著,《科學家相信神》, 劉家玉譯 (台北:中國主日學協會, 1980) ,頁35-36。