蒸汽機從燃燒的燃料吸收熱和熵，並把熱和熵釋放到較低溫的環境。燃料和環境的溫差就是重點所在。要瞭解原因，想像你打開兩台一模一樣的小暖爐，其中一台擺在冰冷的房間，另一台則擺在高熱的房間。在冰冷房間裡，寒冷的空氣分子受了小暖爐攪動，導致它們移動得較快，分散得較廣，於是它們的熵也大幅增加。在高熱房間裡，空氣分子已經移動得很快，也早就飛掠到廣大範圍，因此小暖爐只略微增加它們的熵(這有點像是在紐約的狂熱派對上調高節奏，卻幾乎沒有注意到尋歡人士的舞步有絲毫加快，不過若是在印度提克西僧寺院︹Thiksay Monastery︺調高節奏，結果就會誘使僧侶中斷冥想，開始雀躍舞動，於是你很容易就能看出變化)。
所以，即便兩台小暖爐完全相同，它們轉移到周遭環境的熵，仍是不同的：兩台小暖爐所產生出的熱是相等的，擺在較寒冷環境裡的那台，轉移了較多的熵。因此比較寒冷的環境，把所接收的給定數量的熱放大了，也構成了較大的熵增加現象。瞭解了這一點，我們就知道，蒸汽機只需把所吸收的熱排放一部分到比較寒冷的環境，也就能把它得自較熱燃料的熵，全部予以排除。接著殘餘的熱就可以運用來驅動蒸氣膨脹，推動活塞並完成有用的功。
這是解釋說法，不過別讓細節遮蔽了更大的結論：隨著時間流逝，物理系統會以高得出奇的可能性，從較低熵組態朝向較高熵組態演變。倘若像蒸汽機這樣的系統試圖維繫它的結構完整性，那麼它就必須把它所累積的熵轉移到周遭環境，藉此來克服熵增加的自然趨力。要辦到這點，蒸汽機就必須把廢熱釋放到環境中。
熵的兩步法則
只要仔細思考我們所依循的步驟，各位就能看出，儘管蒸汽機已被解析透徹，我們的結論仍是超越了這個十八世紀的起始點。我們的分析要旨是對熵進行嚴格的核算，而且那種核算可以在任何背景下進行。這是一個關鍵的認識，因為藉由熱的釋放來讓熵從蒸汽機向它的周遭環境轉移，只是十分普遍現象的一個版本，而且當我們依循宇宙開展顯現時，到處都會遇上這樣的歷程。我稱之為「熵的兩步法則」(entropic two-step)，這是指當一個系統把大量熵轉移到環境，超出了為抵銷熵增加所須轉移的數量，結果就導致熵減少的任何歷程。兩步驟能確保即便熵有可能在此處減少，在別處它就會增加，擔保熵的淨值是增加的，一如我們根據第二定律所料想的結果。
熵的兩步法則是宇宙的核心特徵，循此它便能朝向漸增無序狀態發展，同時卻又能生成並支持像恆星、行星和人類這樣的有序結構。有一項我們會一再遇見的課題是，當能量流經一個系統— 好比燃燒煤炭產生的能量流經蒸氣、驅動作功，接著排出到周遭環境等過程—它帶走熵，從而還得以維繫或甚至於生成秩序。
到後來，也正是這種熵之舞序編排催生出了生命和心智，還有心智所看重的幾乎一切事物。
你是一台蒸汽機
蒸汽機每走過一次循環都必須重設熵態，或許你會感到納悶，萬一沒有完成這件要項，倘若熵重設失敗，結果會是如何？這就相當於蒸汽機並沒有排放出適度廢熱，於是蒸汽機每走過一次循環都會變得越熱，直到最後它就會過熱並損壞。若是蒸汽機遇上這種命運，結果或許就會造成不便， 不過假定沒有釀成人員傷害，也就不大可能讓任何人陷入生存危機。然而這同一門物理學，卻也是生命和心智是否無止境延續到遙遠未來的核心關鍵。箇中道理是，在蒸汽機能成立的，在你身上也同樣成立。
你很可能並不覺得自己是一台蒸汽機，或許連什麼奇巧實體裝置都不是。我也很少使用這些詞彙來形容自己。不過請想想看：你的生活牽涉到的歷程，和蒸汽機的歷程同樣是種週期循環。日復一日，你的身體燃燒你吃下的食物和你呼吸的空氣，來提供能量供你執行內部運作和外顯活動。就連思考這項活動—發生在你腦中的分子運動—也是由這些能量轉換歷程來提供動力。因此就像蒸汽機，除非你能清除過量廢熱並排入環境來重設你的熵，否則你就活不下去。確實，這正是你所做的事情。這就是我們所有人時時刻刻都在做的事情。這就是為什麼，舉例來說，軍用紅外線夜視鏡這麼好用，能幫助士兵在夜間發現敵方戰鬥人員，因為它就是設計來「看見」我們所有人都不斷排出的熱。
現在我們就可以更徹底瞭解羅素設想遙遠未來時的心態。我們所有人都在進行一場不懈的戰鬥，對抗廢棄物的持續累積，勢不可擋的熵增加現象。我們要想存活，環境就必須吸收、帶走我們製造出來的所有廢棄物和所有的熵。而這就帶來了一個問題，環境—這裡我們是指可觀測宇宙—能不能提供無底洞來吸收這種廢棄物？生命的熵之兩步舞，能不能無止境地跳下去？或者是否到了某個時候，宇宙其實就會塞滿，於是也不再能吸收我們命定必得進行的活動所產生的廢熱， 從而讓生命和心智走上末路？羅素的催淚措辭說得對嗎？是否「世世代代的一切辛勞，所有的奉獻，所有的靈感，人類才氣的所有燦爛光輝，注定都要在太陽系的浩大死亡中消滅，人類的整個成就殿堂，也免不了要被埋葬在宇宙殘骸底下，化為一片廢墟」？
這些都是我們在接下來各個篇章要著眼探討的核心問題。不過我們已經比自己稍微超前了一些。討論生命和心智之前，讓我們認識熵和第二定律在形成必要環境，以促使生命和心智扎穩根基的過程當中如何發揮作用。
就這一點，我們得回到大霹靂。
＊作者布萊恩•葛林（BRIAN GREENE），哥倫比亞大學物理學暨數學教授，擔任該校理論物理學研究中心主任，並以超弦論開創性發現著稱。本文選自其著作《眺望時間的盡頭： 心靈、物質以及在演變不絕的宇宙中尋找意義》（八旗文化）
