投资的麦克斯韦妖

英国的亚当·斯密撰写了《国富论》一书，因而被认为是经济学的鼻祖，亚当·斯密最伟大之处在于他转变了人类关于自己的幸福和财富的思考方向。人类的传统思维认为，幸福和财富仰仗于明主、好皇帝、好国王或英雄……只有依靠他们的英明领导才能获得幸福的生活。国富也是民富，对于国家如何富强，亚当·斯密摒弃传统的观点，提出了市场的概念。市场没有中心，它只是消费者和投资人的一个基础协议，这个基础协议极其简单，无外乎就是互通有无，等价交换。政府只需要建立法制，维护这样一个系统，维护这个基础协议，让消费者和投资人正当地行使在市场中应得的自由，这个所谓的市场就会产生财富，这是《国富论》最根本的理论基础。这个理论在当时是革命性的，在全世界范围内产生了强烈反响。亚当·斯密在生前就获得了极高的声誉。在亚当·斯密的理论体系下，我们都是消费者和投资人，只要执行市场这个基础协议，我们就能不断获得财富与幸福，而不是靠英雄或英明的皇帝带领。

为什么当市场有资本和消费，有基础协议，就能产生财富？回归到经济实践中，300年来的经济发展史是对此有力的证明。我们可以使用量子信息理论加以解释。

一个系统怎么能不违反“熵最大原理”，而源源不断地降低熵，产生有序价值？麦克斯韦妖理论可以很清楚地解释这个问题。什么是麦克斯韦妖？詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）是一位电磁学家，今天几乎与电有关的一切，如电灯、手机，甚至是投影仪，都是在他奠定的电磁学的基础之上发明的。麦克斯韦在业余时间除了研究电磁学，同时还研究热力学。热力学中占统治地位的就是“熵最大原理”，也就是说，任何一个平衡的系统最后一定处于最混乱、温度最均衡的状态。平常能够观察到大量的这种现象，把一个温度高的、一个温度低的物体放在一起，最后的结果肯定是二者等温，达到“热力学均衡”。又如有一个盒子，从中间隔开，初始时一边有气体，一边没有气体，抽掉中间隔板，最后一定达到密度均匀。反方向的变化是不可能的，任何一个达到热力学平衡的系统，最终的走向就是平衡，能量越来越均匀分布，密度越来越均匀，也就是熵最大。但麦克斯韦设想系统中也存在一种“妖”，它能把一个封闭盒子里的本来热平衡的分子从一边“赶”到另一边，从而让一个热力学系统自动熵减，违反“熵最大原理”，一百多年来这让世界物理学界大惑不解。

直到1961年IBM实验室提出兰道尔原理，以及1982年C.班尼特（C.Bennett）逐渐解释了麦克斯韦妖的现象，人们的迷惑才告终止。“麦克斯韦妖”涉及用量子不确定性原理来解答：①它为什么存在；②它为什么不违反熵最大原理（如图5-2所示）。

图5-2　兰道尔原理中的麦克斯韦妖示意图^[1]

如图5-2所示，每产生一个比特的确定信息至少要通过麦克斯韦妖耗散k Tln2的热量。假设有一个信息盒子，盒子里面有一个分子。现在将盒子分为两部分，分子处于左边代表0、处于右边代表1。初始，我们不知道分子处于盒子的左边还是右边，这个时候系统是无知的，处在两边的概率相等，各为1/2，此时系统处于熵最大状态（kln2，k为玻尔兹曼常数）。如何才能使得系统的熵降低呢？假设有一个麦克斯韦妖等温地把图5-2c中所示的活塞向左边推，最后会确定地知道分子处于盒子的左边。此时，得到一个比特的信息。用热力学原理可以算出，这需要耗散k Tln2（T为环境温度）的能量。麦克斯韦妖理论很简单，就是一定要耗散一定量的能量，才能让信息本来不确定的状态即熵最大的状态，变成一个熵减小，而信息确定的状态。

现实生活当中的太阳就好比一只麦克斯韦妖。太阳推动了地球系统的几乎所有“减熵”过程，包括细胞的生长过程，这让我们意识到，地球系统的熵在减少。所以“万物生长靠太阳”，这不仅是一句富有诗意的话，更是一句对地球系统科学的表述。

实际上市场也是一个麦克斯韦妖式的智能系统。根据亚当·斯密的理论，消费者拥有权利，在进入市场以后，进行购买时一定挑更好的商品，这就对商品的“空间”进行了一次压缩，起到了优胜劣汰的作用，所以消费者的每一次购买行为都对这个系统产生了“减熵”的作用，他们都充当了麦克斯韦妖。

图5-3所示的中心化、去中心化和分布式网络对理解区块链很有帮助。中心化的系统中，除了中心节点是麦克斯韦妖，其他节点都没有决策权。而对于分布式决策系统，每一个节点都有一些决策能力，充当了系统的麦克斯韦妖，使得系统的熵值减小了。

图5-3　中心化、去中心化和分布式网络

资料来源：http://www.caristerner.com/research/2009_resilience_and_decentralization.shtml.

假设每个节点每一时刻都面临一个二选一的决策，再假设系统存在N个节点，那么整个系统每秒熵值就增加Nkln2。

如果系统只有一个中心决策系统处理导致“减熵”的问题，相当于只有一个盒子压缩信息，它就必须在每一时刻解决2的N次方的难题（加法难度增加变成了指数难度增加），才能维持系统的熵不持续增加。如果以上信息盒子如原核细胞那么大（直径10-6米），当节点大于50时，中心需要以超光速压缩，才能维持该系统的熵值不变。^[2]这是物理的极限，说明中心化决策系统效率非常低。结论很简单，这样一个系统如果必须要解决它的熵增问题，其节点就不能超过50个，所以它的效率很低。显而易见，大脑中的几百亿细胞绝对不是一个中心化的决策系统，每个脑细胞都需要是一个决策中心，它一定是典型的分布式智能系统。只有这样的系统才能保持持续的熵减，才能保证真正可能存在智能。大自然中很多现象支持这个结论，一头熊与一只蜜蜂相比，熊肯定比蜜蜂更聪明。一只蜜蜂一生只能完成几项工作，但是成千上万只蜜蜂构成的社会，却可以架构出一个蜂巢（图5-4）。

图5-4　蜂巢

资料来源：http://learning.sohu.com/2015　1120/n427317565.shtml，2015.11.20.

蜂巢是一个非常复杂的系统。这一工程学奇迹源于蜜蜂社会是一个典型的分布式智能系统，每只蜜蜂都是一个麦克斯韦妖，只要执行最简单的协议，勤劳地工作，就能使整个系统保持低熵。

一个系统怎么能够在没有中心指挥的情况下保持低熵和整体智能呢？以迁徙的鸟儿为例，它们执行基础协议的机制极其简单，与那个压缩信息盒子简直没有什么两样：它们的基础协议就是保证不要和周围的鸟距离超过半米，在群飞的时候，只要发现距离超过半米，就会有一个小的自动调整。鸟的智能就只能执行这么简单的基础协议。但就算这么简单的基础协议，已能使每只鸟在每一时刻都是一个分布式智能节点，都在为这个系统熵值的减少做贡献。市场也是如此，亚当·斯密的出发点极其简单，市场基础协议是互通有无、等价交换，消费者只要在几种商品里挑一种他认为最好的，他就是麦克斯韦妖，他就对这个系统的熵值减少做了贡献。那什么叫投资的麦克斯韦妖？进行投资恐怕比购买要费心费力得多，投资人要在几个项目中挑最好的，投资的麦克斯韦妖与消费的麦克斯韦妖相比，显然更需要智力。

亚当·斯密在《国富论》中一开篇就详细论证了，只要市场遵循了基础协议，整个社会分工就会不断精细化，整个系统将愈发有序又不失活力，不断地创造价值和财富。

市场经济从100多年前演变至今，这个系统中有消费的麦克斯韦妖，也有投资的麦克斯韦妖。这种分布式的智能系统不断带给我们创新。市场本身的功能就是创新。正因如此，健全的市场才不会像一个中心化控制系统经常表现出来的那样：一管就死，一放就乱。

投资的麦克斯韦妖和消费的麦克斯韦妖有什么区别？

如果资本市场的情况是管理部门对各“麦克斯韦妖”并不重视，经常人为干预，经常想成立垄断集团，麦克斯韦妖的权利和基础协议就会被不断地侵害，个人就会失去选择权。如果一个市场上只有一种产品，消费者无法成为麦克斯韦妖，智能就完全没法发挥作用。投资经常受到行政干预的资本市场，是无法为大多数人创造财富的。麦克斯韦妖功能的执行并无善意、恶意之分，它的标准只有一个——赚钱，而行政干预是在不断破坏市场中的麦克斯韦妖，这样的市场难以有效运作。自然界中的候鸟和蜜蜂的智能再简单不过，其根本原则只是坚定不移地执行基础协议。所以一个能够不断创造财富的市场系统一定是一个执行着既定基础协议的系统。世界上的富裕国家和贫穷国家最大的区别就是在富裕国家参与投资的麦克斯韦妖更多并且受到了充分的法律保护。

在过去的文化背景下，我们始终将消费者视为孱弱无辜的弱者，将投资者视作强势凶猛的“野兽”，包括发达国家在内，过去的认知多认为投资者是掠夺的强盗。但是，一个市场经济必须同构于含麦克斯韦妖的智能系统，人们才能从中获益，而如何迸发出更大的价值，关键在于将消费的麦克斯韦妖转变成投资的麦克斯韦妖，就像陈志武教授反复强调的：要能让未来的利润变现。中国想实现伟大复兴，决胜的根本在于中国经济中创造财富的能力。周子衡认为，互联网经济为我们提供了新的机遇，交易速度开始超过生产速度，这在以前是天方夜谭，而交易速度一旦超过生产速度，很大一部分交易行为就可能变成投资行为。但要实现行为的转变，还缺乏一个要素，那就是消费产生的交易数据本身带有的信用。在互联网的数字结构里，交易数据没有为发生交易行为的双方主体产生信用，而是为像阿里巴巴、腾讯这类公司产生信用，即便这种信用的产生仍然是相当不足的。信用产生的问题就成为从消费的麦克斯韦妖进化为投资的麦克斯韦妖最为关键的问题。

周子衡描述的互联网新经济前景包括交易大爆炸超越生产大爆炸，将来每个人都可能从消费的麦克斯韦妖变成投资的麦克斯韦妖。大量的资本市场形成，市场创造财富的能力极大地增强，而此时最大的问题就在于信用的生产速度还没法跟上交易速度。转向人类目前的信用生产方式，比如申请信用卡，申请人需提供各种财产证明以及参与审讯犯人似的提问，然后是填表签字，这样的流程必然远远落后于网上交易的速度。而区块链技术正好可以颠覆信用的产生方式，降低信用成本，高效生产信用，现已引起了金融界的极大关注。

[1]孙昌璞，全海涛，董辉.量子信息启发的量子统计和热力学若干问题研究.选自《量子力学进展》（第五辑）[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]当节点大于50时，一个中心要保证整个系统熵不增加，必须每秒压缩250个信息盒子，亦即每秒压缩速度必须达到11.26×10 8米/秒，这已经超过光速3×10 8米/秒。