摘要/Abstract
大脑若何演化为现在的复杂系统， 它的将来又将走标的目的何处？大脑的存在对现存的理论提出了这样一个挑战——我们都知道， 熵跟着时候的流逝不成避免的增加， 它经常与无序性及简单性*联系起来 。 迩来我们展示了演化是熵值演变的过程：布局的成立（即生命的发生）促进了熵增 。 在这里， 我们提出， 演化的关头跃迁点与生命对于时候及空间的把持相关， 经由复杂的多维度状况空间（multi-dimensional state space）， 生命打开了促进熵增的新通路 。 大脑的演化促当作了时候和空间在大脑中的表征， 而这种表征又进一步加快了熵增的过程 。 然而， 这些通路有时指标的目的了状况空间中的死胡同， 是以按照热力学定律， 我们无法展望复杂的生命系统将在将来持续存在 。
*译者注
该简单性在概念上与下文中的复杂性相对 。
复杂系统演化之谜
曩昔的两个宿世纪中呈现了两个意义深远但看似彼此矛盾的理论， 这两个理论重塑了我们对于宇宙的理解及我们在宇宙中所处位置的认知 。 第一个理论是热力学第二定律， 该理论认为宇宙朝着熵增的偏向成长；另一个是达尔文的进化论 。 这两个理论都有着数据支撑， 但对宇宙的走标的目的提出了判然不同的展望：熵增将导致整个别系朝着紊乱与无序成长， 而近四十亿年的演化晋升了人类社会的秩序与复杂性， 并带来了今日布局复杂的人类文明 。 为什么同样由数据驱动的理论在诠释宇宙成长时走标的目的了无序与秩序两种成果？
迩来， 我们探讨了时候及空间布局在这两种结论中架设桥梁的可能性 。 具体来谈， 我们想知道生命是若何把握在包管自身存活几率最大化的前提下进行致使熵增的化学反映的 。 生命找到了一条将指导熵值穿越多维度状况空间（multidimensional state-space）迷雾的新通路， 由此在熵增的同时达到了更有序的复杂状况 。 在这里， 我们将上述问题的对象外延至大脑， 即大脑在晋升可达到的状况空间大小中所饰演的脚色 。 在后文中， 我们将着重会商上述过程中大脑在时空表征上的演化， 并对这种演化在将来的成长作出猜测 。
文章插图
-Charlie Davis-
熵
从物理学的角度来看， 熵是与自由能（free energy， 即对外做功的能量）相对的概念 。 熵值老是增添， 就如同进入一系列相连容器的气体总会找到斜率最高、直径最宽的通道从而以最快的速度上升 。 与之同理， 跟着时候流逝， 系统总会从可能性低标的目的可能性高的状况转变——基于玻尔兹曼（Boltzmann）的理论， 可能性较高的状况指的是可以或许被数目更多的微不雅布局（microscopic configurations）所实现的状况 。 一旦系统达到热力学均衡态即最大熵值状况， 该系统将不会再做功， 也不会再发生任何改变了 。
熵与空间同质性及梯度损掉相关 。 举个例子， 熵值跟着物质自觉的平均分布（如两种开初分手的气体彼此夹杂）而增添 。 与之相似， 热量跟着温度梯度（temperature gradient）降低也带来了熵增， 这是由粒子热能在空间上的平均分布发生的 。 空间中自由勾当的粒子最终老是呈现出无布局的随机排布， 这种现象的素质原因很简单——无序状况比有序状况有更多种可能性 。 玻尔兹曼将熵量化为可以或许连结宏不雅态的微不雅态数目：对于空间布局有序的系统， 如容器中的气体或严寒/温热的物体， 可以或许包管系统状况（宏不雅态）不变的粒子排布（微不雅态）体例较少， 是以该系统的熵较低 。
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