John Ruskin称其为“情感谬误”:将暴雨视为激情，将细雨视为悲伤，将融化的溪流视为天真。毕竟，直觉消失了，大自然没有人类的激情。
想象一下，当罗斯金得知关于感知、知识和经验的数学是现代自然世界理论的核心时，他会多么惊讶。与他严格的直觉相反，数量关系似乎将坚硬的物质法则与心灵和信仰的柔软品质联系在一起。
这一发现的故事始于物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)，就在罗斯金在19世纪末创造了他的短语之后不久。就在那时，科学第一次努力追求的不是知识，而是它的对立面:我们可以忽略蒸汽机或化学反应的混乱细节，但仍然预测和解释它是如何工作的理论。
在1906年波尔兹曼自杀身亡之前，他为如何做到这一点提供了一个统一的框架。他隐约看到的是，热力学不是一个关于物理世界的故事，而是关于当我们对它的认识失败时会发生什么。毫不夸张地说:今天，一个热力学的学生可以在无知的情况下，把蒸汽机的物理结构或化学反应转化成一种推论。一旦她解决了这个(通常更简单的)问题，她就可以将其转化为关于温度计和压力表的陈述。
玻尔兹曼所依赖的无知是最大的:任何可能发生的，都必须发生，没有隐藏的秩序可以存在。然而，即使在活塞和气体这样简单的世界里，这种假设也可能失败。以极慢的速度推动活塞，玻尔兹曼的方法就很有效。但把它向内砰一声，规则就变了。涡流和漩涡出现，流和反流，活塞断断续续，甚至可能失速。塞上活塞，你的大部分努力都将付诸东流。你的工作将在无用的创造和多余模式的破坏中消散。
一封来自未来给爱因斯坦的信
我们不相信时间旅行，也不喜欢神秘主义。但是，如果我们可以给阿尔伯特·爱因斯坦写封信，用几段话告诉他关于引力和黑洞的事情，那会怎么样呢?我们会写这样的信....阅读更多
玻尔兹曼无法解释这一定律是如何运作的，以及在理想之外的现实世界中浪费是如何发生的。19世纪的热力学需要等待平衡回归，所有这些消失的和不可能的结构都要消失。在均衡情况下，我们的无知是绝对的:我们知道没有更多要知道的了。但在一个不平衡的世界里，我们知道是还有很多东西需要知道，但我们却不知道。
多年来，非平衡热力学一直是一个未被探索的领域。直到1951年，也就是波尔兹曼去世45年后，我们才能够通过所谓的波动耗散定理，描述使系统稍稍偏离平衡的微小调整是如何随着时间的推移而消失的。量子力学和相对论在玻尔兹曼去世之前都不是研究对象，但几十年来一直令人惊讶，与之相比，热力学似乎在冰川的规模上运作。
然而，到了21世纪初，一门基于推理和预测理论的科学进入了复兴阶段，部分原因是机器学习和人工智能的快速发展。2011年，夏威夷大学(University of Hawaii)的苏珊·斯蒂尔(Susanne Still)给我上了一堂新热力学速成课。正是在那里，Still和她的合作者宣布了系统耗散(我们在系统上所做的被浪费和损失的工作量)和我们对该系统的了解之间的一种新的关系。1
这是一种被遗忘的记忆的忧郁，一间被塞进盒子里的童年房间，完全符合物理定律。
Still和她的合作者显示出放荡是如何被限制的不必要的系统保留的关于世界的信息——与系统的未来无关的信息。他们以一种令人钦佩的诗意思维，把这称为怀旧，对过去的记忆对未来毫无用处。他们的研究表明，对一个系统的怀旧情绪会让你在执行过程中损失最少的工作量。
相当字面上的工作:当你卡住一个活塞时，涡流还没有消失——通过仔细的追踪，你可以抖动活塞来恢复它们的能量。只有随着时间的推移，当它们分裂并变得不可知，当它们对你们变得越来越不可预测时，进入它们创造的工作就失去了。
这是一段被遗忘的记忆的忧郁，一间被塞进盒子里的童年房间，一场下午的细雨的无法恢复的细节，在物理定律中相当真实地出现。那些记忆都是过去的痕迹，而过去已经不再重要。它们引起了我们的注意，告诉我们一个失去的故事，如果我们不小心，它们就会威胁我们的现在。在物理学中，怀旧也是一种惩罚。
我们可以把这个结果反过来:耗散与恢复系统过去的样子有多困难有关。为了倒带，人们需要倒带，预测倒带——当怀旧意味着许多不同的过去与相同的未来兼容时，完全倒带是不可能的。怀旧、不可逆性和消散之间的精确数学关系是复杂的、具体的，当它们脱离方程式时，总是有点令人惊讶。
麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的杰里米·英格兰(Jeremy England)是近年来对新热力学做出的更显著贡献之一，他在斯蒂尔小组发表论文的一年后发表了论文。2专注于一个系统的不可逆性，而不是它的怀旧，英国拼凑了一个生物世界的描述。他描述了进化的方式，在这种方式下，生物不仅可以利用环境中的自由能量，而且可以最大限度地耗散能量。
英格兰的研究似乎解释了为什么在30亿年的时间里，我们的生态系统变成了一个巨大的绿色太阳能板，喂养着一栋座食草动物和掠食者，这是自然过程的一部分，它抹掉了太阳的能量。按照这种解释，我们之所以存在，是因为我们尽可能可靠地驱散了太阳系中心的巨大做功源。
Still的作品将怀旧与放荡和失落联系在一起，而England的作品似乎在说，生活本身就是由放荡的需求而产生的。像我们这样的生物之所以存在，正是因为我们创造了我们的世界——物理的、化学的、生物的、精神的、社会的——并且比其他世界更快地摧毁它们。怀旧可能苦乐参半，但它也可能支撑我们的存在。
西蒙·迪迪欧(Simon DeDeo)是印第安纳大学信息与计算学院的教授，也是圣达菲学院的外部教员。
确认
我感谢Matteo Smerlak的广泛对话，感谢Susanne Still、Jeremy England和Jascha Sohl-Dickstein在圣达菲研究所和亚利桑那州立大学BEYOND中心举办的讲座。这项工作的一部分是在周界理论物理研究所停留期间写的，由政府加拿大通过加拿大工业和安大略省通过经济发展和创新部支持。
参考文献
1.S, Sivak, d.a.， Bell, a.j.， & Crooks, G.E.《预测的热力学》。物理评论快报109120604(2012)。
2.自我复制的统计物理学。化学物理杂志139121923(2013)。
