无力之动

------墨汁扩散思想实验

杨义先  教授

北京邮电大学信息安全中心主任

公共大数据国家重点实验室主任

摘要：别误会，本文不谈永动机！但确实会通过一个思想实验，称为“墨汁扩散思想实验”，来给出一个意外结果：没有外力也能动！您既可将此文当作哲学思辨，也可当作科学发现；当然，还可以贬为瞎扯蛋，因为您有这个权力。此外，由该思想实验可推测几个奇怪的猜想：1）牛顿不必去寻找上帝的“第一推力”；2）宇宙不必非得有一次大爆炸；3）爱因斯坦的宇宙模型也不必非得依靠神力来支撑等。

（一）原由

任何大力士，都举不起自己。对该常识，物理老师会理直气壮地解释说：这是因为没有外力。

牛顿也坚信：没有外力，物体就不能动！所以当他发现了宇宙在运动后，就咬定还应该有一个外力，否则宇宙就不会动，因为“万有引力”只是内力而已。于是，整个后半生，牛顿都在努力寻找那个推动宇宙动起来的外力（第一推力），并以失败告终。

全世界的科学家们也坚信：没有外力，物体不会动，天体更不会动。于是，就设想出了“宇宙大爆炸模型”，并为此颁发了若干个诺贝尔奖，甚至让爱因斯坦也主动改变了自己的初衷。“宇宙大爆炸理论”虽未像牛顿那样，明确假定存在创造宇宙的外力，但是，暗含之意也不可否定，否则是什么东西将宇宙“炸开”的呢？

总之，至今全世界都坚信：没有外力，就没有运动！（注：当然本文中的“动”，不包括匀速直线运动）

（二）墨汁扩散思想实验

设想在太空失重状态下，有一箱清水。将一滴墨汁轻轻放入该水箱中。

你将发现，墨汁会慢慢地向四周扩散。墨汁肯定在运动，其运动痕迹清晰可见。而且该运动还很有规律，即，墨汁的密度越来越小，墨汁占据的空间越来越大；如果水温增高，墨汁扩散的速度就会加快；如果水温降低，墨汁扩散的速度就会减慢；如果水温降至绝对零度，那么，即使是水不会被冻成冰，该扩散运动也将马上停止。

请问，墨汁的上述运动有外力推动吗？如果你说有，那请问：到底是什么外力？该外力又来自哪里，难道外力能无中生有？注意：我这里问的是“外力”，即，额外之力，而不是造成分子布朗运动本身的内力。换句话说，如果你非要坚持说有“外力”，那么，这个“外力”就应该来自那个唯一的额外动作---滴墨汁，而显然我们可以很轻很轻地将墨汁放入水箱中，使得因该动作所引起的扰动忽略不计。

如果没有外力推动，那这些墨汁为什么却能运动呢？这便是我们的“墨汁扩散思想实验”所要揭示的“无力之动”！其实，墨汁的这种运动，并非来自任何外力，而是来自数学上的概率。具体的解释是：如果某个区域的墨汁更浓，那么，我们就设想一个无形的封闭曲体，刚好将该区域包裹隔离，使得在该曲体内、外的墨汁浓度互不相同，比如，曲体内的浓度高，曲体外的浓度低。于是，在曲面附近，便会发生如下的概率现象：“墨汁从曲体内，穿过曲面，逃出曲体”的概率要大于“墨汁从曲体外，穿过曲面，进入曲体”的概率；换句话说，从宏观上看，离开曲体的墨汁，要多于进入曲体的墨汁。不断重复该无形曲体的包裹过程，直到水箱中任何区域的墨汁浓度，都不高于或低于邻近区域；至此，墨汁的“无力之动”才基本停止了，此时墨汁便均匀地扩散到水箱中了。

其实，若仅仅从外表现象上看，这里的所谓“墨汁扩散思想实验”，就是大家在高中物理课上所学的热熵实验或布朗运动实验。只可惜过去谁也没联想到，它竟然是一种“无力之动”而已！（正如牛顿之前，谁也没从苹果落地，联想起万有引力）其实，“墨汁扩散思想实验”的冲击还远不止此呢，不信请接着看下一小节。

（三）几个可能的推测

既然存在“无力之动”（当然，并不是说所有“动”都不需要“力”），那么，牛顿何必非要去寻找那个让宇宙动起来的“第一推力”呢？把空间当成那箱清水，把星系看作正在扩散的墨汁，至少不会出现“力”方面的矛盾吧？当然，若真能找到“第一推力”那就更好了；只是离了它（第一推动力），地球也照样也能转！

如果将那滴墨汁看成是宇宙最初的奇点，将缓慢的墨汁扩散过程录下来，然后快速播放，难道这不更像“宇宙大爆炸”吗？或者说，把那箱水的温度不断升高，墨汁扩散速度便会不断加快，直到温度升至10的32次方度（宇宙大爆炸开始后的温度），这时的墨汁扩散与“宇宙大爆炸”的区别还很大吗？待到宇宙温度降低后，如果将地球缩小成一个墨汁粒子，那么，我们站在“地球”上，观察其它墨汁粒子云时，与天文学家看星云所得的结果，真的是天壤之别吗？这个“墨汁宇宙”难道不是在不断膨胀，密度（浓度）也在很快下降吗？墨汁扩散过程中，那箱清水不可以看成所谓的“暗能量”吗；随着墨汁浓度的迅速减小，暗能量（清水）越来越明显，而且，清水（暗能量）还推动了“墨汁宇宙”的加速膨胀吗？墨汁扩散当然是有速度的，任何时候都可用一个弯曲封闭体将所有墨汁（膨胀中的宇宙）包裹起来，所以，“墨汁宇宙”的视界是有限的，体积也是有限且没有边界的，这种解释也没矛盾吧？

不论上述的“墨汁宇宙模型”是否正确，但有一点是可以肯定的：墨汁的融化扩散过程，比地球上能看到的任何爆炸，都更像是天文学家们所说的“宇宙大爆炸”，因为，“创生宇宙的大爆炸，是一种在各处同时发生，从一开始就充满整个空间的爆炸；爆炸中，每一个粒子，都离开其它粒子而飞奔”。

好了，“墨汁扩散思想实验”到此结束，您肯定还可用它推测出更多的有趣结果。以上便是我的2018年元旦致辞。

祝大家新年快乐！