第二章 恆星、星系和複雜性
貫穿歷史的共同模式
一百三十八億年以來，貫穿歷史的共同模式正日益複雜化。這是創造了我們的進程，繼而也是我們藉以從事創造的進程。宇宙大爆炸後，首批物質粒子出現並慢慢演變成恆星。這些恆星將產生構成地球的所有化學物質（包括生命在內）。也是這樣的複雜性提升，定義了人類歷史——從覓食到古代農業，再到現代化。在紛亂如麻的歷史中，我們極難找到能從頭到尾貫穿所有事件的線索，至今唯一能被指認出來的趨勢，就是複雜性的不斷升高。
複雜的事物是由物質構成的，像織錦一樣錯綜複雜地交織在一起。它們透過「供應」給它們的能量流來維持其形式。舉例來說，恆星需要更多的氣體來燃燒、人類需要食物、手機需要電池，這全都是同一原理——我們需要能量流來避免死亡。這是整個宇宙一切複雜性的通則。
物質和能量誕生於一百三十八億年前宇宙大爆炸的白熱斑點。我們周遭所見一切事物的全部成分，在一開始即已存在。整個宇宙的歷史，歸結起來就是它們不斷轉化為嶄新、輝煌形態的歷史。
大爆炸之後，宇宙中沒有新加入的物質和能量。這是熱力學第一定律所充分發揮的作用：沒有新的東西被創造出來，也沒有舊的東西被徹底消滅。這意味著構成我們身體的原子，在宇宙誕生之初便以某種形式存在，並於一百三十八億年間在整個宇宙中持續存在和演變。你勉強算是有一百三十八億歲。
在你死後，這些原子會朝不同方向裂解，在宇宙中繼續演化。從某個角度來說，我們就是宇宙，是一個整體，而且我們有幸——短暫地——成為當中具有自我意識的一部分，彷彿宇宙在看著鏡中的自己。
複雜性的機制
複雜性是一種由能量流創造和維持的有序結構。氫原子是由一個質子和一個電子組成的結構。水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的結構。人類大腦是複雜性的一種形態，就像我們用大腦發明出來的烤麵包機一樣。人類社會網絡由八十億個人組成，涉及貿易和訊息交換，是最複雜的系統之一。
複雜形態的組成單元愈具多樣性、構造愈精密，複雜性就愈高。恆星內部含有大量氫原子，但並不特別複雜；它們只是一大團混亂的東西。相較之下，狗擁有更複雜的化學物質、DNA、肝細胞、腦細胞、血管以及高度複雜的呼吸系統、循環系統和神經系統。將幾千個氫原子從太陽的核心移到表面，太陽還是會繼續運轉，就像什麼事都沒發生過一樣。然而用狗的肝細胞取代牠的腦細胞，狗就不會再追逐鳥了。
想要創造任何形態的複雜性，都需要運用某些能量。如同在工廠裡焊接汽車引擎，為了維持這種複雜性，你需要更多的能量流，就像為了避免餓死而進食一樣。而且想要增加某種事物的複雜性，會需要更多的能量流。如果能量流停止了，結構就會崩潰，事物就會逐漸消失。汽車熄火停止行駛，植物枯萎死亡，文明瓦解成一片廢墟。這也正是為何複雜性可以透過流經它的能量密度來衡量。
複雜性形態的結構愈複雜，所需的自由能（free energy）的密度就愈高。宇宙中最簡單、最古老的複雜結構，例如恆星，每公克並不需要那麼多能量，然而數十億年的生物演化或文化的產物則需要更高密度的能量流。
複雜性的誕生
大爆炸後的一瞬間，時空中出現了輕微的波動（量子波動），形成了宇宙中分布不均勻的能量團。你可以看到這些團塊，它們在大爆炸三十八萬年後被記錄在宇宙背景輻射的「快照」中。由於這些團塊的存在，能量凝結成了物質的最初粒子。若非這種能量的不均勻分布，複雜性便不存在。
為了使複雜性存在，你需要能量流來加以創造和維持。為了讓能量流動，你需要使能量從能量較多的地方流向能量較少的地方。
如果在宇宙開始時，全部的能量都均勻分布，那麼能量就沒有移動的必要。一切都不會改變，什麼事也不會發生。不會存在任何複雜性，只有一個自始至終輻射稀薄分布的空白宇宙。簡而言之，就不會有歷史。
但事實不然，第一批分布不均勻的物質和能量團形成了首批恆星。這些恆星創造出元素週期表中所有其他自然產生的元素。這些元素聚集起來形成了分子和行星。在其中的一個行星──地球，更多的分子聚集形成生命。有些生命演化出了意識和發明能力，並且能夠不停修補和改進這些發明。
一直以來，從恆星到生命到技術，我們都需要更多的能量流來創造、維持和提升複雜性。因此，在過去的一百三十八億年，宇宙中的微小區域變得愈來愈複雜。這是所有歷史的共同主題。大爆炸在整個宇宙中產生了不均勻的能量，接下來的一百三十八億年裡，能量不斷重新趨於平衡，結果出現了能量流，以及由此產生的一切奇妙事物。
複雜性的消亡
然而，歷史複雜性的提升卻別具些許諷刺意味。能量之所以從恆星流向滋養動物的植物，進而為人類網絡中的大腦提供能量，是因為熱力學第二定律。該定律驅使能量趨於平衡——而能量只有從能量較多的地方流向能量較少的地方才能達到平衡。短期而言，這種能量流可能造成複雜性。但由於能量流終究會自行變得均勻，所以不再有剩餘的能量流，因此消滅了複雜性。
這是創造生命和最終以生命的消亡做為交換的原則。唯有死亡才能償付生命。此事聽起來有如哲思，但也是普遍的現實。
宇宙中唯有在能量分配不均勻的微小區域，複雜性才會不斷提升。在宇宙的其餘部分，大約99.9999999999999%的空間已是一片死寂，無法產生更多複雜性。這就是為何宇宙誕生第一瞬間的能量聚集，對我們的生存如此重要。
事物愈複雜，所需要的能量流就愈多，消耗能量流的速率也愈快。例如，一隻狗每天所需的能量流比一小群細菌所需的能量流還要多。汽車需要大量的能源，因此它需要利用有機物質在地底下被壓碎並轉化而成的石油和汽油，它們儲存了數百萬年的能量。狗狗會排便，汽車排氣管會噴出廢氣，有些廢棄物永遠無法再被利用。
歷經數萬億年後，宇宙的能量終將消耗殆盡。因此，複雜性實際上只是歷史長河中的副產品，宇宙一直試圖恢復到能量均勻分布。最終的結果是，宇宙只不過是一個微弱的輻射球。一個安靜的宇宙，沒有歷史、沒有變化、沒有複雜性。這種狀態稱為「熱寂」（heat death）。
複雜性的崩解是貫穿我們故事的一種威脅，接近故事結尾時，我們將再度面臨熱寂的威脅。現在，你只需記住，我們存在的根源也是我們可能不存在的根源。熱力學第二定律既是世界的創造者，也是毀滅者。
唯一能夠違反第二定律的方法，是透過某個歷經數百萬年的科學進展、複雜到足以操縱宇宙本身基本定律的超級文明。
貫穿歷史的共同模式
一百三十八億年以來，貫穿歷史的共同模式正日益複雜化。這是創造了我們的進程，繼而也是我們藉以從事創造的進程。宇宙大爆炸後，首批物質粒子出現並慢慢演變成恆星。這些恆星將產生構成地球的所有化學物質（包括生命在內）。也是這樣的複雜性提升，定義了人類歷史——從覓食到古代農業，再到現代化。在紛亂如麻的歷史中，我們極難找到能從頭到尾貫穿所有事件的線索，至今唯一能被指認出來的趨勢，就是複雜性的不斷升高。
複雜的事物是由物質構成的，像織錦一樣錯綜複雜地交織在一起。它們透過「供應」給它們的能量流來維持其形式。舉例來說，恆星需要更多的氣體來燃燒、人類需要食物、手機需要電池，這全都是同一原理——我們需要能量流來避免死亡。這是整個宇宙一切複雜性的通則。
物質和能量誕生於一百三十八億年前宇宙大爆炸的白熱斑點。我們周遭所見一切事物的全部成分，在一開始即已存在。整個宇宙的歷史，歸結起來就是它們不斷轉化為嶄新、輝煌形態的歷史。
大爆炸之後，宇宙中沒有新加入的物質和能量。這是熱力學第一定律所充分發揮的作用：沒有新的東西被創造出來，也沒有舊的東西被徹底消滅。這意味著構成我們身體的原子，在宇宙誕生之初便以某種形式存在，並於一百三十八億年間在整個宇宙中持續存在和演變。你勉強算是有一百三十八億歲。
在你死後，這些原子會朝不同方向裂解，在宇宙中繼續演化。從某個角度來說，我們就是宇宙，是一個整體，而且我們有幸——短暫地——成為當中具有自我意識的一部分，彷彿宇宙在看著鏡中的自己。
複雜性的機制
複雜性是一種由能量流創造和維持的有序結構。氫原子是由一個質子和一個電子組成的結構。水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的結構。人類大腦是複雜性的一種形態，就像我們用大腦發明出來的烤麵包機一樣。人類社會網絡由八十億個人組成，涉及貿易和訊息交換，是最複雜的系統之一。
複雜形態的組成單元愈具多樣性、構造愈精密，複雜性就愈高。恆星內部含有大量氫原子，但並不特別複雜；它們只是一大團混亂的東西。相較之下，狗擁有更複雜的化學物質、DNA、肝細胞、腦細胞、血管以及高度複雜的呼吸系統、循環系統和神經系統。將幾千個氫原子從太陽的核心移到表面，太陽還是會繼續運轉，就像什麼事都沒發生過一樣。然而用狗的肝細胞取代牠的腦細胞，狗就不會再追逐鳥了。
想要創造任何形態的複雜性，都需要運用某些能量。如同在工廠裡焊接汽車引擎，為了維持這種複雜性，你需要更多的能量流，就像為了避免餓死而進食一樣。而且想要增加某種事物的複雜性，會需要更多的能量流。如果能量流停止了，結構就會崩潰，事物就會逐漸消失。汽車熄火停止行駛，植物枯萎死亡，文明瓦解成一片廢墟。這也正是為何複雜性可以透過流經它的能量密度來衡量。
複雜性形態的結構愈複雜，所需的自由能（free energy）的密度就愈高。宇宙中最簡單、最古老的複雜結構，例如恆星，每公克並不需要那麼多能量，然而數十億年的生物演化或文化的產物則需要更高密度的能量流。
複雜性的誕生
大爆炸後的一瞬間，時空中出現了輕微的波動（量子波動），形成了宇宙中分布不均勻的能量團。你可以看到這些團塊，它們在大爆炸三十八萬年後被記錄在宇宙背景輻射的「快照」中。由於這些團塊的存在，能量凝結成了物質的最初粒子。若非這種能量的不均勻分布，複雜性便不存在。
為了使複雜性存在，你需要能量流來加以創造和維持。為了讓能量流動，你需要使能量從能量較多的地方流向能量較少的地方。
如果在宇宙開始時，全部的能量都均勻分布，那麼能量就沒有移動的必要。一切都不會改變，什麼事也不會發生。不會存在任何複雜性，只有一個自始至終輻射稀薄分布的空白宇宙。簡而言之，就不會有歷史。
但事實不然，第一批分布不均勻的物質和能量團形成了首批恆星。這些恆星創造出元素週期表中所有其他自然產生的元素。這些元素聚集起來形成了分子和行星。在其中的一個行星──地球，更多的分子聚集形成生命。有些生命演化出了意識和發明能力，並且能夠不停修補和改進這些發明。
一直以來，從恆星到生命到技術，我們都需要更多的能量流來創造、維持和提升複雜性。因此，在過去的一百三十八億年，宇宙中的微小區域變得愈來愈複雜。這是所有歷史的共同主題。大爆炸在整個宇宙中產生了不均勻的能量，接下來的一百三十八億年裡，能量不斷重新趨於平衡，結果出現了能量流，以及由此產生的一切奇妙事物。
複雜性的消亡
然而，歷史複雜性的提升卻別具些許諷刺意味。能量之所以從恆星流向滋養動物的植物，進而為人類網絡中的大腦提供能量，是因為熱力學第二定律。該定律驅使能量趨於平衡——而能量只有從能量較多的地方流向能量較少的地方才能達到平衡。短期而言，這種能量流可能造成複雜性。但由於能量流終究會自行變得均勻，所以不再有剩餘的能量流，因此消滅了複雜性。
這是創造生命和最終以生命的消亡做為交換的原則。唯有死亡才能償付生命。此事聽起來有如哲思，但也是普遍的現實。
宇宙中唯有在能量分配不均勻的微小區域，複雜性才會不斷提升。在宇宙的其餘部分，大約99.9999999999999%的空間已是一片死寂，無法產生更多複雜性。這就是為何宇宙誕生第一瞬間的能量聚集，對我們的生存如此重要。
事物愈複雜，所需要的能量流就愈多，消耗能量流的速率也愈快。例如，一隻狗每天所需的能量流比一小群細菌所需的能量流還要多。汽車需要大量的能源，因此它需要利用有機物質在地底下被壓碎並轉化而成的石油和汽油，它們儲存了數百萬年的能量。狗狗會排便，汽車排氣管會噴出廢氣，有些廢棄物永遠無法再被利用。
歷經數萬億年後，宇宙的能量終將消耗殆盡。因此，複雜性實際上只是歷史長河中的副產品，宇宙一直試圖恢復到能量均勻分布。最終的結果是，宇宙只不過是一個微弱的輻射球。一個安靜的宇宙，沒有歷史、沒有變化、沒有複雜性。這種狀態稱為「熱寂」（heat death）。
複雜性的崩解是貫穿我們故事的一種威脅，接近故事結尾時，我們將再度面臨熱寂的威脅。現在，你只需記住，我們存在的根源也是我們可能不存在的根源。熱力學第二定律既是世界的創造者，也是毀滅者。
唯一能夠違反第二定律的方法，是透過某個歷經數百萬年的科學進展、複雜到足以操縱宇宙本身基本定律的超級文明。
