人类社会的熵是下降的,从熵的角度看社会发展
继续以信息论的角度解读奥卡姆剃刀原理,再谈熵的问题。首先是一些常识。
熵的常识
对于一个分布,只有均匀分布,它的熵才是最大的。比如一枚硬币,正反两面的概率都是0.5,那么它的熵为H=1 bit(以2为底数);如果它正面的概率为0.9,反面的概率为0.1,它的熵为H=0.47 bit。也就是说,如果熵越大,它的不确定性越大,我们需要更多的bit来描述它(描述它需要更长的句子)。
我们知道,天之道,损有余而补不足,人之道,损不足以奉有余。对于天之道,由于热力学定律,温度高的朝着温度低的流动,墨汁滴到水里会不断扩散,从整体上看,整个宇宙是不断变得“平均”的。因此, 天之道是一种熵增的过程。
人之道
然而人之道,是财富、权力的不断集中,它其实是一种熵减的过程。其实这很好理解,人类社会是一个耗散系统,一方面有热力学的熵增过程,另一方面太阳在不断注入能量,额外的能量输入就可以产生熵减。那么人类社会到底是熵增还是熵减呢,这个放在后文讨论。
近几十年(1990年)左右至今,有一个很大的科学突破:无标度网络的发现,非常精确的描述了熵减的过程。它的假设是,在一个网络中,新增一个节点,它连接到老节点 i 的概率 Π(i) 正比于该节点的度 kᵢ(度是节点的性质,度的意思是一个节点所有边的和):
它对应的社会现象就是,在社交网络中,新的用户倾向于连接网络大V,即已经受到很多人关注的博主,从而产生富者愈富的现象。类似的现象包括:可以把度类比为财产,当新的财产产生(GDP),财富会按照比例流向财产多的人等等。
它导出的结论就是,网络中节点度的分布满足:
即,网络粉丝数越多的人,人数越少,但是它也不是指数分布,是厚尾分布。
可以注意到,如果人类社会满足(1)的规律,那必然是一个熵减过程,从一个比较均匀的状态变为幂律分布。
下文熵定义
我们这里对熵的含义进行扩大化,不完全是热力学和概率的熵,为了讨论人类社会的熵,作出以下(粗糙)的定义:
- 第一种熵是预测,即 \(p(x_{t}|x_{t-1})\) 。通过上一时刻的状态预测下一时刻的状态。比如我知道车的位置和速度,我可以很容易地预测下一秒车的位置。
- 第二种熵是状态的分布,即 \(p(x_t)\) 。与硬币的例子完全一致。比如社会上的财富呈现幂律定律,20%的人拥有80%的钱。状态熵可以描述了社会中钱的分布、观点的分布等等。
从熵的角度看社会发展的宏观趋势
我第一次看到将熵的观点扩大到社会领域,是在阮一峰的博客里,他当时引用了一个经济学家的分析,认为从宏观上看,整个社会在不断地熵减,但是自然环境是不断地熵增的,增加的熵就从人类宏观转移到微观的个体,这也是为什么现代人有各种各样的精神问题。这个观点乍一看非常有道理,但地球并不是一个封闭系统,太阳在不断地输入能量,根本无法对微观和宏观的熵进行分析,事实上连怎么度量都做不到。
但是这个观点也给出了非常好的思路,就是人类社会微观和宏观上,是否存在熵的转移?那么我个人的观点是有的:从奴隶社会到现代社会,一个明显的趋势是人不断让渡自己的权利,提升人类社会的能力,从而获得便利。在这个过程中,出现了权力的集中、钱的集中,系统从均匀的状态变为幂律的状态,是熵减的过程。
举几个例子,在钱出现之前,人和人之间通过以物易物之间交易。但钱出现之后,有人通过囤积货币,操控市场,可以不事生产,却获得大量财富。类似《货殖列传》中,从古至今,巨富显然不是靠生产挣的,而是投机倒把,到处套利挣的。而且不是一般的商业性套利,而是窃钩者诛,窃国者诸侯。
在法律出现之前,人与人之间是以眼偿眼,以命偿命,但如果没有能力报复,就白死了。法律出现之后,人将报复的权利让渡给国家,让暴力机构代为报复。
我认为通过权力的让渡,金钱的转移(其实钱就是量化的权力),从人类社会上看熵都降低了。正是熵的降低,人类社会才实现了发展。
现代社会的进一步实现了信息的集中和转移。你天天使用的微信等APP,虽然在交易、通讯上带来了极大的便利,但其实是你向腾讯让渡了自己的隐私。以前,个人私有的通讯信息都是通过邮政分发的,虽然邮政主体是集中的,但是信息内容是未知的,然而现在主体和信息存储都是集中的。
因此,从这个角度看,人类社会是微观个体不断让渡自己的熵,最终使得宏观的人类社会熵减,提升整体的效率,并且这个趋势并没有停止。那么会导致什么问题呢?从字面意义上看,微观个体的熵降低,即不确定性降低,意味着人与人之间同质化严重,可能对于社会,同质化的人就相当于标准的零件,有利于提升效率,但是对于人的个体而言,可能不是什么好事。
熵减和熵增对应的社会形态
是不是熵越低越好呢?回到信息论的定义,熵越小,概率分布越集中,熵为0,也就是未来是完全可以预测的,即社会的运行过去和未来是完全已知,没有任何变化的。
那是不是熵越大越好呢?需要注意的是,熵最大的情况一定是平均的情况,那么平均的情况当然是宇宙是一锅粥,混沌兮,恍惚兮,还没有诞生。
对于中间状态就有可以讨论的地方,在讨论费米悖论时,有一个解答是平庸原理:
- 如果宇宙中大多数潜在文明都无法跨越某个阶段,那么人类很可能并不特殊,也会面临同样的障碍。
- 因此,“平庸”的文明往往无法突破过滤器,而人类尚未证明自己“不平庸”。
也就是说,论至德者,不和于俗。平庸的人只能产生平庸的文明,伟大的突破,产生于意外。如果未来是完全确定的,那就没有任何意外,那一定是平庸的文明,因此,我认为熵可以作为一个指标,但是它既不是越大越好,也不是越小越好。
熵和自由度、复杂度的关系
- 信息熵越高 → 系统越随机、越无序、越没有模式 → 复杂度可能很低(例如完全白噪声)。
- 信息熵越低 → 系统越有序、越规则、越可预测 → 复杂度也可能很低(例如完全晶体或重复字符串)。
- 真正的复杂度出现在中等信息熵的区域,即系统既不是完全随机也不是完全有序,而是具有层次化、关联、自相似等结构。
- 有效自由度(或称“相关维度”、“嵌入维度”):这个有效自由度往往远小于系统的微观自由度,它反映了系统动力学在相空间中所占据的子维数。
- 复杂度与有效自由度通常呈正相关直到饱和:随着系统动力学维数增加,能够产生的模式更丰富,复杂度上升;但当维数过高(趋向随机),复杂度反而下降(因为模式变得无结构)
系统必须远离平衡态才能产生结构,但是必须约束在某个范围内才能持续存在。
总结
我一直觉得熵是一个很有意思的东西,当你用熵讨论人和人的衍生物的极限时,你会发现,地球上的人的社会是存在极限的。因为太阳的输入熵减是有限的,人类社会的熵增是存在的,也就是说,如果没有额外输入,到了一定程度人类社会就会停滞。那太阳的能量输入是否能够支撑地球走向星际文明呢?