偶然还是设计

我们在这世界上所看到的这一切秩序，这一切美，又是从哪里来的呢？

艾萨克·牛顿

人类终于知道了，他们在这广漠无垠、没有感觉的宇宙中是孤立无援的……他们的命运、他们的义务都没有被明文规定下来。

《偶然与必然》雅克·莫诺

威廉·佩利（1743～1805）在其《自然神学》一书中说的下面的话，是上帝存在的最有力的论证之一：

走过一块荒地时，设若我的脚碰上了一块石头，有人问我那石头是怎么到那里去的，我很可能回答说，那石头一直就在那里，因为我不知道它曾不在那里。要证明这样的回答是荒谬的，可不是件很容易的事。但是，设若我在地上发现一只表，有人问我表是怎么到那里去的，我就几乎不会用前面的答话来回答这一次的问题，我不会说，据我所知，表可能一直就在那里。可是，为什么仅因为一个是石头，一个是表，回答就该是两样呢？①

表的构造精微复杂，各个部件衔接精确。它不容置疑地显示了人的设计。即使一个从未见过表的人见了表之后，也会得出结论说，这种机械装置是一个有智慧的人为了一定的目的而设计出来的。佩利接着论证道，就其构造和复杂性而言，宇宙就像一只表，只不过比表大得多罢了。因而，肯定是有一位宇宙设计者为了某一目的把世界安排成这样——“大自然的构造，就复杂性、就结构的精巧而言，超过了人工的构造。”

宇宙出自设计这样的论证于是跟目的论挂上了钩。因为目的论就是认为宇宙是按照定好的程序向着某个最终的目的演化的。目的论在其最广泛的形式中包含了质朴的秩序和复杂的秩序。目的论是一种古老的观念。阿奎那曾经写道：“人们在一切物体中都观察到趋向某个目的的行为秩序，一切物体都遵从自然规律，即使当它们没有意识时也是如此……这就表明，它们确实趋向一个目的，而不是偶然地碰上目的。”尽管阿奎那对物理基本定律的数学质朴性一无所知，但他点出了物体遵从秩序的规律这一引入注目的事实，并以之作为设计者上帝存在的证明。

目的论曾受到激烈的攻击，以致现在神学家们也对目的论怀有戒心。然而，一些现代人倒为目的论作辩护。斯温伯恩写道：“宇宙中存在着秩序，这就显然地增加了上帝存在的可能性。”②但是，斯温伯恩立论的基础是质朴的秩序，而不是复杂的秩序。复杂的大自然的结构证明有一个宇宙的设计者存在，这种论点似乎已经声名狼藉了。

这种论点之所以声名狼藉，主要是因为很多显示出复杂秩序的系统实际上可被解释为是由完全普通的自然作用所造成的最终结果。当然，这并不是说，一切有序系统都是自然地产生的，但这也的确使我们小心起来，不能仅仅因为看到某种事物很复杂，不像是偶然产生的，就推论说存在着一个设计者。我们也必须了解一些复杂的秩序得以产生的过程。

随着查尔斯·达尔文《物种起源》一书的出版，目的论与反目的论的重大冲突就产生了。生物的精巧组织似乎最充分地显明了一个超自然的设计者的存在，而生物学以及地质学则为生物的所有的不寻常的特性提供了充足的解释。现在，科学家和神学家实际都一致认为，生物界的秩序的演化，是由突变和自然选择造成的。尽管达尔文最初的理论到现在也没有完善，但进化的基本原理和机制则没有人去认真地怀疑了。

达尔文的进化论的主要论点是偶然性。突变是由纯粹的偶然造成的，由于生物特性中发生的这些完全随机的变化，大自然就有了广阔的选择范围，可以根据适应性以及优越性进行选择。这样，大量的小偶然变易积累起来，就产生了复杂的有组织的结构。这种趋势所引起的相应的有序的增长（熵的降低）是以更大量的有害突变为代价的。通过自然选择，有害的突变被除去了。因而，生物的进化与热力学第二定律并不矛盾。今天的美妙的生物是靠着遗传灾难作铺垫发展起来的。

不管人们是否准备承认达尔文提出的进化论机制是完善的，但不可否认的是，突变和自然选择肯定是促成生物秩序发展的一个主要因素。物质系统可以自发地组织起来，形成错综的复杂性，这一至关重要的原理是一个经验的事实。在第五章我们曾看到过，近年来物理学家和化学家如何在实验室里研究较简单的自组织的例子。实际上，这些研究变得如此重要，以致人们造出一个新词——协同学——来描述这些研究。所得出的结论必然是，一个系统当中所存在的秩序，不管多么引人注目，多么复杂，其本身并不能证明它必定是一个设计者创造出来的。秩序可以而且也确实自发地产生。

然而，这些意见仍没有解决一个重要的问题。尽管只要在其他地方产生代偿性的无序，秩序的自发产生就不会与热力学第二定律相矛盾，然而，假如宇宙作为一个整体在开始时没有相当的负熵储备，显然根本不可能存在任何秩序。假如总体的无序根据热力学第二定律一直是在增加，那么，在我们看来，宇宙创生时必定是有序的。这难道不是为一个创世主——设计者的存在提供了一个强有力的证据吗？因为即使自然的过程可以产生出局部的秩序，但首先仍是需要先有些负熵来驱动这些自然的过程。不错，负熵的存在充其量只能证明有一个代理设计者，即一位创造者给大自然这部机器输满了能量，然后由它自己随便产生出什么结构来。但是，这样的说法仍是牵涉达到惊人程度的超自然的灵巧。其原因说明如下。

熵，即无序，是与概率和排列的概念密切相关的。一个高熵或无序的系统可能是很多原因的结果。例如，我们可以考虑一下一箱处于平衡状态的气体的情况。箱内的气体现在温度一致，密度一致，达到了最高熵的状态。在这种情况下，气体的所有的分子可以极多的方式重新排列（例如，把分子挪到不同的位置上，或改变它们的运动速度）而不影响气体的大体性质。另一方面，我们再考虑一下低熵状态。我们所考虑的低熵气体分子或以平行的轨道运动，或是都挤在箱子的一边。这些有序的分子排列构型对任何细微的分子重新排列都极其敏感。分子重排列的方式数目极大，但排列出这种有序构型的方式数目却很小。这也就是说，有序（低熵）的状态是高度不可几的，不稳定的。低熵状态要求数目庞大的个体分子进行细致的合作。而处于无序（高熵）状态的分子则可以撇开其他的分子不管，胡乱地运动。

例如现在让你随意挑一种分子排列，那么，极有可能的是，你挑的是具有最高熵的排列。原因很简单，因为可能的无序排列要比有序排列多得多。这颇似一个猴子在乱弹琴，它弹出一首名曲的可能性比弹出不成曲调的一串噪音的可能性要小得多。数学研究表明，有序状态对重新排列的敏感性是呈指数关系的。这就是说，进行一次随机的选择而导致有序状态的几率，随着负熵程序的增长而呈现指数下降。指数关系的特色是其迅速地增长或降低。例如，一些以指数关系增长的生物每隔一段时间数目就会加倍：1，2，4，8，16，32，……

指数因素的存在意味着随机发生有序状态的可能性极小。例如，一个箱子里的1升空气自发地全跑到箱子的一头的几率是101020。这个数字代表的是1后面有100000000000000000000个零！这样的数字说明，从数目庞大的各种可能的状态中挑选出低熵状态（有序状态）必定要多么细心。

这个谜在宇宙学中的意义是这样的：假如宇宙的创生纯属偶然，那么，宇宙中包含任何可观的秩序的可能性便小得不成样子。假如大爆炸只是个随机事件，那么，可能性极大的情况（用“极大”一词极不够分量）似乎就是，随大爆炸产生的宇宙物质将会处于热平衡状态之中，熵值极大，有序程度为零。而事实显然并非如此，于是，人们就很难回避这一结论：宇宙的实际状态是不知用什么方法从数目庞大的可能的状态中“挑选”出来的，因为这些数目庞大的可能的状态除数目极小的一部分之外是完全无序的。假如宇宙这种极不可能的有序的初始状态被选出来了，这岂不就是说当初必定有一个挑选者或设计者进行了“挑选”吗？

这里可以用一个形象进行说明。有个造物主带有一根别针。他前面摆着一大串各种宇宙供他挑选，其中每种宇宙都以其初始状态作其标记。假如这位造物主把别针胡乱别在一个宇宙上，就这样挑出一个宇宙，那么，极有可能的是，他所选择的宇宙是高度无序的，没有可观的结构或组织。事实上，这位造物主若想发现一个有序的宇宙，就必须在一大堆“模型”中进行搜索，而这些“模型”的数目又如此之大，以至在一张大如可见的宇宙的纸上也写不下来。

宇宙是如何进入其低熵状态的？这个谜牵动了好几代物理学家和宇宙学家的想象力，他们当中很多人一直不愿意求助于上帝的选择来解决这一问题。统计热力学的先驱路德维希·玻尔兹曼宁愿认为是盲目的机缘使宇宙进入了低熵的状态。他认为，宇宙的有序状态是由一些对平衡状态的偏离之间的协作造成的。这些偏离十分罕见，罕见得无法想象。他立论的基础是这一事实：即使是在平衡的状态中，气体分子也不是安然不动的，而是不停地以一种随机的方式四处冲撞。可以时时发现，一些分子由于纯粹的巧合而处于无意的合作状态之中，在一个极短的时间里，混沌的大洋里会出现一小块有序的飞地。加倍放大时间尺度，人们便可以相信更大的协作区域将会偶然地最终出现。假如给宇宙足够的时间，那么，人们就可以设想迟早会偶然地形成所有的恒星，所有的星系。出现这种不可能得近乎荒唐的事件所需的时间长得不可想象（至少得要101010年），不过这没有什么要紧的，假如人们愿意相信宇宙的年龄无限的话。

照这种观点来看，宇宙在全然混沌没有任何组织的状态之中度过了其绝大部分时间。但是经过长得说不上来的间隔之后，宇宙间会出现几十上百亿年的偶然的秩序。我们人类之所以能亲眼看到这种极其不可能的事，只是因为若没有这样的“奇迹”，生命就不可能存在。因为生命是以负熵为生的（见第五章），有意识的观察者就只能存在于宇宙发生“奇迹”、偏离平衡状态的时期。

玻尔兹曼的推理有一个有趣的副产品，这就是它断言存在着某种形式的永恒。可以从数学上证明，使宇宙充满能量的分子的无间歇的往复运动具有下面奇特的特征。随着分子四处乱撞，宇宙也进入一个又一个的状态。最后，所有可能存在的状态都会被宇宙进入一遍，就是说，任何可能会发生的事迟早都会发生。然后，宇宙间的物质继续排列组合，宇宙就会开始重新进入先前有过的状态。最后，所有的状态都会被重新进入一遍，于是，这样的过程就这样持续不已。这种无限重复和复制的现象被称作庞卡莱循环，因为是庞卡莱这位数学物理学家证明了这个结果（至少，他证明一个理想的模型会有这种结果）。假如从字面上看，庞卡莱定理便意味着，在无限充足的时间里，行星地球消失之后，还会重新组合起来，并且连带着住在地球上的居民！而且，这样的事会发生无限次。但是，这种大致精确的复制每发生一次，就会有无数次偏离目前的排列的情况。复制得越是精确，几率也就越小，等的时间也就越长。

玻尔兹曼对宇宙成因的解释，没有几个物理学家愿意相信。庞卡莱所证明的循环的基本机制虽没有受到怀疑，但人们现在知道，宇宙并不是在那里混日子，任其物质随机组合排列。宇宙现在处于一种全面的膨胀状态。人们普遍认为，宇宙的这种全面的膨胀迫使宇宙具有有限的年龄。宇宙区区几百亿年的年龄，比起能够产生一点点熵值降低所需的时间，完全是沧海一粟，不值一提。

不过，玻尔兹曼的观点确实提出了一个具有永久价值的重要问题。我们所感知的宇宙必然是由我们选择的。因为生命以及由生命而来的意识起码要在合适的物理条件下才能发展起来。明确地说，我们不可能观察一个没有人居住的宇宙。我们马上就会看到，有些人一直利用这一简单的事实来说明，我们所观察的极不可能的低熵宇宙是从众多可能的宇宙中选择出来的（几乎所有的可能的宇宙都是无序的）；但进行选择的是我们，不是上帝。

因而，假如承认有过大爆炸，那么，我们看来就只能认为宇宙是以一种少见的有序方式爆炸的，尽管从大得实际上是必然的概率上看，一次偶然的宇宙创生过程会造成一个全然无序的宇宙。宇宙学的这一基本的悖论引发了好几个不同的反应：

一、理所当然论

很多科学家倾向认为，从一种归纳的基础出发讨论概率、随机性以及可能性是无意义的。假如你在海边随便拣到一块卵石，仔细测量它的尺寸、形状，你就会正确地得到这样的结论：你挑选到具有如此尺寸的卵石的概率极小。但假如进一步说你进行了这样的挑选必定是一个奇迹，或说某种超自然的或神秘的东西引导着你进行了这样的选择，那你可就不对了。因为，你在事后，在拣到这卵石之后再说这样的话是一点也不能令人信服的。当然，假如你所拣到的卵石的尺寸是事先说好的，你是有理由惊奇的。同样我们也可以说，只要宇宙存在，就不必对它特有的结构感到惊奇，因为它就是这个样子。

有一个与此相关的问题是，至少按一种概念看来，概率从定义上讲是与试验的集合相关的。例如，所谓掷骰子掷出“2”来的概率是六分之一，就是说掷过很多很多次后；得“2”的次数差不多是掷的总次数的六分之一。试验的次数越大，得2的次数与掷的总次数的比例就越接近六分之一这个值。至少，我们就概率所进行的讨论的主题肯定是由一些相似的东西构成的集合的一个成员。例如，骰子的一个面有5个邻面，海边的那块卵石有几百万个面。那么，假如宇宙只有一个，我们来讨论它的可能性又能有什么意义呢？

不过，上面所说的推论不能完全令人信服。假如拣到的那块卵石是完全规则的球形，那么，即使事先没有说好其球形的性质，我们也有理由感到惊奇。因为球形是一种很特殊的形状，它有一个特点，即具有高度的数学规则性。随机地选到一个完全是圆球形的卵石，即使是在事后，也会被认为是罕见的，是应当进行某种解释的。同样，一个适于人类居住的宇宙，对我们这些在绝大多数其他可能的宇宙中不存在的人类来说具有一种特殊的意义：其他可能的宇宙是不能住人的。

对此，持“理所当然”观点的人回答道，假如宇宙当初不是现在这个样子的话，我们也就不会在这里大发惊奇之语了。实际上，任何一个智能生物可在其中提出哲学问题和数学问题的宇宙，不管从演绎的角度看是多么的罕见，也必定是一种我们所观测到的宇宙。换言之，持“理所当然”观点的人认为，我们所感知的高度有序的宇宙并没有什么不同寻常，并不神秘，因为假如它不是现在这个样子的话，我们就不可能（明确地）感知它。

这种推理获得了逻辑实证主义哲学的一些支持。简略地讲，逻辑实证主义认为，谈论我们永远不能观察到的东西是没有意义的。谈论一个其中没有任何有意识的观察者的宇宙有什么意义呢？这样的宇宙永远也不会通过观察被证实或否证，因而，它的存在对有意识的人来说似乎是没有意义的。

与理所当然论相关的一个理论是所谓的强人存原理。天体物理学家布兰东·卡特最先详细地提出了这一理论，近年来物理学家和天文学家对此进行了广泛的讨论。按照这一原理来看，“宇宙必须是这样的，以便在某一阶段让有意识的生物在其中出现”③（黑点是我标的）这就等于说，宇宙是今天这个样子一点也不奇怪，它没有选择，只能带着适当的秩序出现，以使生命得以产生。

逻辑实证主义和强人存原理这两种理论的成立与否，全系于人类（或天外）智能观察者的至高地位。神学家会说，上帝就是一个观察者，而且上帝的存在不需要特定的物理条件。因此，只要是能被上帝观察到的话，那些永远也不会产生生命的宇宙也是有意义的。

二、多宇宙理论

根据多宇宙理论的观点，有一个由很多宇宙构成的集合，而我们的宇宙只是这个集合中的一个成员。我们所感知的宇宙只是庞大的或许是无限的宇宙集合中的一员。宇宙集合中的每一个宇宙都与集合中其他的宇宙有某种不同。在这集合中会有物质和能量的各种可能的安排。尽管在这集合中的绝大部分宇宙不适于生命存在，而且很接近最大熵的完全混沌的状态（即热力学平衡），然而，在数目极少的宇宙中，偶然地出现了合适的条件，于是生命发展了起来。显然，生物将要感知到的只能是这些偶然的宇宙，而且，这些生物还要写一些书，大谈他们所居住的世界多么不可思议。

上面所提到过的玻尔兹曼的假说，在逻辑上是与多宇宙理论一致的。玻尔兹曼假说中的宇宙是相继发生的，但宇宙获得组织的各个阶段之间有巨大的时间间隔，以致这些阶段在物理上几乎是互不相连的。现代有人修改了玻尔兹曼的宇宙相继发生说，提出了振荡宇宙理论。我们以后就会看到（第十五章），现今的宇宙膨胀可能不会无限地进行下去。假如果真如此，那么，宇宙最终会开始收缩；于是就会出现人们所说的“大崩塌”这样的巨大灾变。有些物理学家推测，宇宙高度收缩之后，并不会缩为看不见的时空奇点，而会在高度质密的状态下“反弹”，从而又开始新一轮的膨胀和收缩。如此看来，宇宙就是这样永无止境地反反复复，一时“大崩塌”，一时再膨胀，进入低密度状态，颇像是一个不停地充气又泄气的气球。

振荡宇宙是一种年龄无限的宇宙，因而也面临我们在第二章里所讨论的年龄无限长的宇宙所具有的物理难题。然而，围绕着极度塌缩状态这种物理现象的一切不确定的因素拓宽了物理学家们的推测范围。惠勒提出，“大崩塌”具有“重新处理”宇宙的作用。他的意思是，宇宙每一轮新的膨胀和收缩都是一种“新交易”，宇宙所有的物理条件在这交易中被随机地重新凑起来。现在没有谁试图解释这样的事怎么会发生，但假如真有这样的事发生，那么，经过足够多的次数的膨胀收缩之后，宇宙就会经历一遍所有的可能性——当然，所谓足够多的次数必须是一个很大的天文数字。于是，我们再次发现，在一轮又一轮的宇宙膨胀收缩中，只有在偶然搞对了的时候，才会演化出一些宇宙学家来推测宇宙如何创生。

上面所说的一派人的观点是认为在时间中存在着一个由很多宇宙组成的集合，然而，另外有人则猜想宇宙只有一个，这个独一无二的宇宙在空间上是无限的。几乎整个宇宙都接近平衡状态（没有结构也没有组织），但偶然的起伏会造成孤立的有序区域自发地分散出现。当然，这些孤立的有序区域之间的距离远得不可想象，但生命以及有意识的观察者只能在这样的孤立区域中形成，因而，其中的所有观察者就必然会感知秩序。

然而，多宇宙理论的一个或许最广为人知的变体，是由埃弗列特对量子论的解释构成的。在埃弗列特的理论看来，所有可能的量子世界实际上都是实在的，相互平行共存的。因而，一个电子每次面临两个选择时，便会发生两个可能性，于是整个宇宙便一分为二了。一分为二的宇宙当中的每一个都带有所有的居住者（居住者的大脑也一分为二了，而且他们的精神按理说也一分为二了），每一方的居民都自认为电子突然做出了一种选择。这两个宇宙互相分离，一方的居民不能通过普通的空间或时间到另一方去。从某种意义上讲，两个宇宙是“平行”存在的。有多少量子选择，就有多少宇宙，因而，在无穷的平行世界当中，一切可能的物质和能量的排列都会发生。

观察者从数目庞大的多种选择中选出一个高度非典型的宇宙，这种理论被称作弱人存原理。有人根据若干哲学和物理学的理由对这一理论进行了驳难。首先，从某种意义上讲，这个理论过于成功。这种理论认为大自然能够使一切可能实在化，这样，一切就可以都得到“解释”了。实际上这样一来，我们就可以不要科学了。只要说明某某事物对人的存在是必需的，于是，它一下子就算是得到解释了。

人择原理所受到的另一个驳难是，它似乎是与奥科姆剃刀原理正相反。因为根据奥氏原理，在一套可能的解释中，最有道理的是那个包含的原理最简单而且假设又最少的解释。求助于无限多的宇宙来解释一个宇宙显然是太过分了，过分到宇宙规模上了，且不说那无限多的其他宇宙除了极少数以外都从未被观察到（或许只被上帝观察到了）。持人存原理观点的人反驳道：“根本没这回事。埃弗列特的量子论解释或许牵涉的宇宙是多一些，但在认识论上是极其简洁的。想一想吧，对量子测量问题的其他解释是多么牵强，多么没有道理。而在多宇宙理论中，解释只是来自形式主义，不需要另外的形而上的假说。”

然而，持多宇宙理论的人承认，他们的理论中的“其他的世界”甚至在原则上也永远不可能被观察。在分岔的量子世界之间往来是不可能的。而且，无限多的或振荡的典型宇宙中有序的区域彼此间隔着如此之大的空间或时间，以至没有哪个观察者能从经验上证实或否证多宇宙的存在。人们难以明白，这样一个纯粹的理论框架怎么能在科学的意义上被用作一个自然的特征的解释。当然，人们或许会觉得，比起相信一个无限的神明来，相信宇宙的数目无限要容易一些，但这样的信念只能以信仰而不是以观察为基础。

弱人存原理和强人存原理二者的科学基础也受到了质疑。整个的人存原理的基础是概率的概念，然而有人也利用概率的概念来反驳它。这里的问题涉及小起伏对大起伏的相对可能性。我们可以再想一想那个乱弹琴的黑猩猩。那黑猩猩乱弹很长时间后，我们有理由期望听到一个熟悉的曲调的一串3个或4个音符。假如要想听到黑猩猩弹出有6个音符的乐句，等的时间就要长得多。随着有序程度的提高，黑猩猩弹出正确的音符的可能性便陡然下降。再举一个例子。4个人摸一副洗过的扑克牌，很可能每人都摸到1个A。但是，每个人都摸到1个A和2、3张同花的顺牌的可能性就小了。而每一个人都各摸全一套同花牌的可能性则极小极小。这是因为，小的巧合相对而言要比大的巧合可能性大得多。

从宇宙学上看，一个随机事件造成一颗恒星的几率比起造成整个一个星系的几率要大得多。而随机事件造成几十亿星系的可能性比起造成一个星系的可能性来，就该是无穷小了。但是，据有人推理，确实只有一个星系——很可能只有一个恒星适于生命形成并出现观察者。这推理对吗？那么，为什么我们观察到整个宇宙充满了结构？多宇宙理论认为，大多数宇宙都只有一个星系，每一个具有两个星系的宇宙，便有无数个单星系的宇宙与之对应。假如有更多的星系，比例的差异就迅速地增长。假如所有的宇宙当中都有观察者，那么，他们当中的绝大多数是居住在单星系的宇宙之中，而不是居住在多星系的宇宙之中。那么，我们又怎样解释在我们的宇宙中存在着如此众多的星系呢？

对此，人们所能想出的唯一回答是，由于某种尚未明了的原因，一个星系的形成不知如何与宇宙的大尺度结构联系了起来。很可能，只有在某种特定的整体条件具备的时候，星系才能够形成；而一旦出现了这种特定的条件，星系就在各处得以形成。换言之，宇宙要么到处有星系，要么就到处都没有星系。星系的形成与宇宙大尺度结构这种总体联系在物理学上现已明了，但星系形成的机制现仍很不清楚，不能据以对星系形成的可能性作实际性评价。

三、有序来自混沌论

对宇宙秩序的起源之谜，第三个反应是有人试图证明，宇宙的秩序是通过自然的物理过程从起始的混沌状态中产生出来的（这里所说的“自然的物理过程”不仅是罕见得不可想象的起伏）。（在第四章里，我们详细地讨论了这种理论，所以在这里只作一个简短的总结。）乍看之下，这种理论似乎注定要失败。热力学第二定律岂不是说了吗，秩序能走向混沌，而混沌则不能走向秩序（这里暂且不谈偏离平衡态的起伏）。

事实的确如此，但我们还得把热力学第二定律搞得细一点。严格地说，热力学第二定律只是为应用于完全封闭的系统而提出的。显然，任何一部分宇宙，不管有多大，也不是封闭的，因为它与周围的那些部分的宇宙有接触。更为重要的是，整个宇宙都在膨胀，这是大家都知道的。而膨胀这种外在的扰动会造成完全出人意料的情况。

这里可以举一个很好的类比。设有一个普通的汽油发动机上的活塞和汽缸，一种气体被活塞堵在汽缸中。假如活塞处于静止状态，该气体便处于平衡状态，在汽缸中各处的温度和压力都是一致的。这是一种熵值最大的状态。在这种情况下，我们不能期望汽缸中的气体会进一步发生变化：该气体没有任何有序的结构或有组织的行为。假设现在活塞被猛然提起，使气体膨胀，那么，这种气体便立刻不再到处都有同样的温度和压力了。靠近退去的活塞处的气体密度变小了，因为它的空间大了。当气体流向这一空间时，便发生了湍流。假如活塞又被推回来，推到起始的位置上，气体就又会静下来，进入新的热平衡状态，但由于这种扰动，熵会增大。当活塞运动时，气体会暂时生出一种结构和组织。

在热力学第二定律中，我们有没有发现漏洞呢？没有。气体的熵在活塞运动一周之后增大了（气体更热了）。起始的平衡状态曾是最大熵的状态，这状态与对这活塞气缸系统的外在拘束是一致的。然而，当活塞运动时，这些外在的拘束发生了变化，使气体得以寻求更高熵的状态。简言之，起初的平衡状态只是一种相对的最大状态，而不是绝对的最大熵状态。

在宇宙学的场合中，宇宙的膨胀所扮演的角色与上面所说的活塞类似。宇宙膨胀和活塞活动都使外在的拘束发生了变化。宇宙学家们指出，原初宇宙根本就不是处于一种有序的状态之中，而是接近于热平衡。我们现在所观察到的各种常见的结构——星系、恒星、原子——在大爆炸时都不存在。实际上，在宇宙创生之初大约一分钟之内，温度是如此之高，以至连原子核也不能存在。但不知为什么，从原初的混沌中产生出宇宙现在的有序结构。到底是如何产生的呢？

我们所熟悉的地球上的大多数复杂组织，如生态系统和天气模式，都是由太阳光产生的。太阳光是最重要的负熵来源，地球上一切复杂的组织都赖其为生。太阳的负熵储藏是其核燃料（主要是氢）。核物质自身最高熵形态是由质量不大也不小的元素构成的，如铁元素。阳光的产生就代表太阳产生的熵。太阳试图通过一系列核反应将氢变成铁，于是就产生了阳光，产生了熵。太阳有序（负熵）的秘密，以及大多数其他恒星保有负熵的秘密，应当在其氢含量中寻找。宇宙中的物质大约有四分之三是氢，剩下的四分之一几乎全部是质量之小仅次于氢的物质——氦。为什么这四分之一不全是铁呢？

关于这个问题，第四章已给出过答案。原初的宇宙当时太热，容不得铁存在，随后，宇宙冷却得太快，容不得足够数量的核反应发生。于是，原初物质就这么落在低熵的氢的形态之中，不能够达到变成高熵的铁的目标。只是后来出现了恒星，这种情况才发生了变化。

按着这一思路解释，显然就不必假想宇宙在创生之初就处于显著的有序状态之中。原初的物质实际上是处于一种完全无序的状态（最大熵）。这样的状态可以通过很多很多的方式来达到，带着别针的造物主只要随便将别针往“采购单”上一别就行。宇宙有序的起源之谜这就算解开了。

难道真是解开了吗？

的确，宇宙物质的核子状态在产生我们所观察到的结构和组织的过程中是一个至关重要的因素，但它还不能将宇宙的一切都解释出来。那些较大的结构——恒星和星系——是由引力造成的。而且，至关重要的宇宙膨胀也是受控于引力的。关于宇宙的引力组织，我们又知道些什么呢？从引力的观点来看，我们生活于其中的宇宙是高度有序的，还是无序的？下一章的主题，就是这些问题。