物理世界奇遇记-第17部分

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分奇怪。“我本来还以为科学家是最不相信妖精鬼怪这类东西的
人哩。”
“不过，我这样说并不是很认真的，”教授说，“麦克斯韦
是一个著名的物理学家，他应该对这个名词负责。可是，他引进
这样一个统计学妖精的概念，只不过是为了把话说得形象化一些
而已。他用这个概念来阐明关于热现象的辩论。麦克斯韦把他这
个妖精设想成一个动作非常敏捷的小伙子，他能够按照你的命令
去改变每一个分子的运动方向。如果真的有这样一个妖精，那么
热量就有可能从较冷的物体流到较热的物体上去，这时热力学的
基本定律——熵恒增加原理——就一文不值了。”
“熵吗？”汤普金斯先生重复了一次，“我以前听到过这个
名词的。有一次，我的一个同事举行酒会，在喝了几杯以后，他
请来的几个学化学的大学生就用流行歌曲的调子，开始唱了起来：

　增增，减减，
　减减，增增，
　我们要熵怎么办，
　要它减来还是增？

不过，说到头，熵到底是什么东西呢？”
“这倒不难解释。‘熵’只不过是个术语，它所描述的是任
何一个指定的物体或物理系统中分子运动的无序程度。分子之间
的大量无规则的碰撞总是倾向于使熵增大，因为绝对的无序是任
何一个统计系统最可能实现的状态。不过，如果麦克斯韦的妖精
真的存在的话，他很快就会使分子的运动遵循某种秩序，就像一
只好的牧羊狗能够把羊群聚拢起来，使羊群沿着道路前进一样。
这时，熵就会开始减小。我还应该告诉你，玻耳兹曼根据所谓Ｈ
定理，在科学中引进了……”
　教授显然忘记了同他谈话的人对物理学实际上几乎一无所
知，根本达不到大学生的水平，所以他在继续往下讲的时候，使
用了许多像“广义参数”啦。“准各态历经系统”啦这类极为生
僻的术语，而且还自以为正在把热力学的基本定律及其与吉布斯
统计力学的关系讲得像水晶那么透彻哩。汤普金斯先生已经耳惯
于听他岳父作这种他理解不了的长篇大论，所以他就以逆来顺受
的哲学家风度吸着他那杯加苏打水的苏格兰威士忌，努力装出很
有心得的样子。但是，统计物理学的这一切精华对于慕德来说肯
定是太深奥了，她把身子蜷缩在沙发上，想尽办法使眼睛不致闭
上。最后，为了把瞌睡赶走，她决定去看看晚饭做得怎么样了。
“夫人要什么东西？”当她走进餐室时，一个穿得很雅致的
高个儿厨师向她鞠了一躬，彬彬有礼地问道。
“什么也不要，我是来同你一块干活的，”她说，心中奇怪
为什么会有这样一个人。这显然是桩特别古怪的事，因为他们从
来没有男厨师，也肯定雇不起男厨师。这个人细高的个儿，橄榄
色的皮肤，长着一个又长又尖的鼻子，那双绿色的眼睛似乎炽燃
着一种奇怪的、强烈的火焰。当慕德注意到他额上的黑发中半露
出两个对称的肉肿块时，她的脊梁上闪过了一阵寒栗。
“也许是我在做梦，”她想，“要不然，这就是靡菲斯特本
人直接从歌剧院跑出来了。”
“是我的丈夫雇你来的吗？”她大声问道，因为她总得说点
什么呀。
“完全不是，”这个古怪的厨师回答说，他极艺术地敲了敲
餐桌，“事实上，我是自愿上这里来的，为的是向你那高贵的父
亲证明，我并不像他所认为的那样是个虚构的人物。请容许我自
我介绍一下，我就是麦克斯韦的妖精。”
“啊！”慕德松了一口气，“那么，你大概不像别的妖精那
么叫人讨厌，你丝毫没有害人的意图。”
“当然没有啦，”妖精宽宏大量地笑了笑，“不过，我很喜
欢开玩笑，现在我就想同你父亲开个玩笑。”
“你想干什么？”慕德问道，她的疑虑还没有完全消除。
“我只是想向他表明，如果让我来办，熵恒增加定律就会彻
底完蛋。为了让你相信我能够做到这一点，我冒昧地请你陪我走
一趟。这根本不会有任何危险，我向你保证。”
妖精说完这些话以后，慕德感到他的手紧紧抓住她的手肘，
同时，她周围的每一件东西都突然变得非常古怪。她餐室中所有
熟悉的物体开始以可怕的速度变大，她向一张椅背看了最后一眼，
它已经把整个地干线都遮住了。当一切最后平静下来的时候，她
发现她自己正被她的同伴挽着，飘浮在空中。许多像网球那么大、
看起来模模糊糊的球，从四面八方掠过他们的身边，但是，麦克
斯韦的妖精巧妙地使他们不致撞上任何看来有危险的东西，慕德
向下一看，看到一个外表很像渔船的东西，似乎直到船舷的边缘，
都堆满了还在颤动着的。闪闪发光的鱼。不过，这并不是鱼，而
是无数模模糊糊的球，非常像在空中从他们身旁飞过的那些，妖
精把她带到更临近的地方，这时，她的周围似乎就是一片粗粉粥
的海洋。这个海洋在不断翻腾着，有些球浮升到表面上，有些球
则似乎在往下沉。偶尔有一个球以那样快的速度猛冲到表面上，
甚至突出表面闯到空中来，有时在空中飞的球也有一两个潜入海
中，消失在千千万万个其他小球的下面。慕德在更仔细地观察这
种粥以后，发现里面实际上有两种不同的球。如果说其中大多数
看来很像网球，那么，那种比较大也比较长的，则更像美国的橄
榄球。所有的球都是半透明的，并且似乎具有一种复杂的、慕德
无法形容的内部结构。



“我们这是在哪里？”慕德气喘吁吁他说，“阴间地府就是
这个样子吗？”
“不，”妖精笑了，“别异想天开了，我们只不过是在对威
士忌液体的很小一部分表面进行细致的观察罢了。当你父亲在阐
述准各态历经系统的时候，你的丈夫就是靠这种饮料才没有打瞌
睡的。这些球全都是分子。比较小的圆球是水分子，而比较大、
比较长的那种是乙醇分子。如果你留心算一算这两种球的数目的
比例，你就会认识到，你丈夫为他自己搅拌的是一种多么烈性的
饮料了。”
“这倒非常有意思，”慕德尽量显出严厉的神情说，“可是，
上面那些看来像一对对正在戏水的鲸鱼样的东西是什么呢？它们
不可能是原子鲸鱼吧，对吗？”
妖精朝慕德所指的方向看去。“不，它们决不是鲸鱼，”他
说，“事实上，它们是烧糊了的大麦的非常细小的碎片，正是这
种配料使威士忌具有它独特的香味和颜色。每一块这样的碎片都
是由几百万以至于几千万个复杂的有机分子组成的，所以它们比
较大，也比较重。你看到它们老在转来转去，这是它们被那些因
热运动而变得非常活跃的水分子和乙醇分子的撞击，才产生了这
种活动。科学家们就是通过研究这种中等大小的粒子，才第一次
直接证明了热的分子运动理论，因为这样的粒子小到能够受分子
运动的影响，却又大到可以用高倍数显微镜来观察。测量这样悬
浮在液体中的微粒所表演的塔兰台拉舞（即通常所谓布朗运动）
的强度，物理学家们就能够得到关于分子运动能量的第一手情报
资料。”
然后，妖精把她带到一堵庞大的墙壁跟前，这堵墙是用数不
清的水分子像砌砖那样一个紧挨一个整齐地砌在一起筑成的。
“多么动人啊！”慕德赞叹他说，“这正是我一直想给我画
的那张肖像寻找的背景图案。这座漂亮的建筑物究竟是什么东西？”
“噢，这是一块冰晶体的一部分，是你丈夫杯子里的许多小
冰晶当中的一块，”妖精说，“现在，要是你不见怪的话，我该
开始跟那位自信的老教授开个玩笑了。”
说着，麦克斯韦的妖精便让慕德像个不幸的爬山者那样，战
战兢兢地坐在那块冰晶体的边缘上，他自己却开始工作了。他拿
起一个像网球拍那样的器械，不断猛击着他周围的分子。他东一
下，西一下，总是正好及时地击中每一个坚持沿错误方向飞行的
顽固分子，使它们朝正确方向前进。尽管慕德所处的位置非常危
险，她还是情不自禁地欣赏起他那奇妙的速度和准确度来，每当
他成功地使一个飞得特别快、特别难击中的分子折回去，她就非
常兴奋地为他喝彩。比起她现在目睹的这场表演来，她过去看到
过的网球冠军似乎都是些毫无希望的笨蛋了。在短短的几分钟里，
妖精的工作成果已经十分显著了。这时候，尽管液体表面上覆盖
着一些运动非常缓慢的。不活跃的分子，但直对着她脚下的那一
部分却比任何时候都更加激烈地翻腾着。在蒸发过程中，从表面
跑掉的分子在迅速地增多。现在，它们成千成万个结合在一起跑
掉，就像一个个大气泡那样闯入空中。然后，一片由蒸汽形成的
云雾遮住了慕德的整个视场，她只能偶尔看到球拍或妖精外衣的
后摆在大量狂乱的分子之间闪动。突然，妖精来到她身边。
“快，”他说，“该走开了。要不，我们会被烫死的。”
说着，他牢牢地抓住她的时子，同她一块腾空而起。现在她
发现自己正在院子的上空翱翔，朝下看着她的父亲和丈夫。她父
亲正在地上跳着。
“可怕的熵啊！”她父亲大声喊道，汤普金斯先生那杯酒使
他大惑不解，“那杯威士忌在沸腾着！”



杯子里的液体被迅猛冒出的气泡盖住了，一朵稀薄的蒸汽云
向天花板袅袅升起。但是，最最古怪的是，饮料中只有一块冰晶
周围的很小一个区域在沸腾，其余的饮料仍旧是非常冷的。
“想想看！”教授依然处在畏惧之中，连声音都有点发抖，
“我正在这里给你讲熵定律中的统计涨落，而我们马上就真的看
到了一次！由于这种机会小到不可思议，这大概是从地球开始存
在以来运动比较快的分子第一次偶然自发地全部聚集在一部分水
面上，从而使水开始自动地沸腾！大概，就是再过几十亿年，我
们也仍然是惟一有机会看到这种反常现象的人。”他注视着饮料，
它现在正在慢慢冷下来。“我们真走运啊！”他心满意足地呼出
一口气。
就在慕德继续从空中朝下观察的时候，她逐渐被从酒杯升上
来的蒸汽云包围住了。她立刻再也看不到别的东西。四周又热又
闷，连呼吸都很困难。她喘着气挣扎起来。
“你还好吗，亲爱的？”汤普金斯先生问道，一边温柔地摇
撼着她的胳膊。“听起来你好像有点透不过气。”
她醒了过来，定了定神，把帽子从脸上挪开，看着正在下落
的夕阳。
“对不起，”她嘟哝说，“我一定是睡着了。”
她想起不久前有位朋友对她说过，结了婚的夫妻倾向于变得
彼此越来越相近似。她想，她肯定不会像她丈夫那样喜欢再做一
些同类的梦。“不过，”她自己暗暗地笑了，“我们肯定可以成
为温驯的麦克斯韦的妖精，把家里收拾得井井有条。”

１１　快乐的电子部族

几天后的一个晚上，汤普金斯先生吃过晚饭，记起他答应去
听教授当天晚上关于原子结构的演讲。但是，他对岳父那没完没
了的演讲分明已经非常厌倦了，因此，他决定把这次演讲会忘掉，
在家里过一个舒舒服服的夜晚。然而，他刚刚拿了一本书坐下，
慕德就堵死了他逃学的道路，她看了看时钟，然后温柔而又坚定
地提醒他说，已经差不多是该动身的时候了。因此，半个钟头以
后，他又同一大群渴望增加知识的青年学生一起，坐在大学演讲
厅里的硬木头板凳上了。
“女士们，先生们，”教授从他的老花眼镜上面庄重地看着
听众，开始演讲了，“我在上一次演讲里，答应同大家比较详细
地谈谈原子的内部结构，说明这种结构的特点对原子的物理性质
和化学性质起什么作用。你们当然知道，原子现在已不再被看做
是物质的最基本的、不可再分的组成部分了，这样的角色目前是
由电子这类小得多的粒子来扮演的。
“把物质的基本组成粒子看做是物体可分性的最后一级的想
法，可以追溯到公元前４世纪的古希腊哲学家德谟克利特。德谟
克利特在思考事物隐蔽的本性时，碰到了物质结构的问题，他不
能不问道：物质到底是不是可以分成无限小的组成部分？由于在
那个时代，人们除了靠纯思维的方式以外，通常不用其他方法去
解决任何问题，加以这个问题在当时也无法用实验方法去解决，
德谟克利特就只好在他自己的思想深处去寻找正确的答案。他根
据某些费解的哲学上的考虑，最后作出结论说，物质可以无限制
地分成越来越小的组成部分这件事，是‘不可思议的’，因此，
必须假定