在所有的科学进步中，进化论或许是最令人类最纠结的产物。1859年，著名的生物学家查尔斯·达尔文出版了《物种起源》一书。他的革命性理论，威胁到人类这一物种在天地宇宙中的崇高地位！然而，在同一个时代，另一个不那么引人注目、似乎毫不相关的科学革命也悄然发生。
在物理学中，有一个概念，叫熵。人们用它来解释为什么蒸汽机的效率永远达不到完美。听上去很无害吧？但本质上，熵的概念也是对传统理念的一种挑战。但其实，熵和进化论之间有着许多人不知道的数不清道不明的联系。
熵，是由奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼阐述并倡导的，而他也恰巧是达尔文学说在物理学界最大的推动者之一。在1886年，达尔文去世的四年后，玻尔兹曼举办了一场关于熵的公众讲座，他说：“如果你问我内心深处的信念，我们的世纪将被称为钢铁世纪还是蒸汽或电的世纪呢？我会毫不犹豫地回答：它将被称为机械自然观的世纪，达尔文的世纪。”
其实，玻尔兹曼不仅仅是达尔文的拥护者，他对进化论的理解比那个时代的大多数人都更加深刻，并认识到其核心思想的全部含义。具体来说，他掌握了进化论和热力学是如何都依赖于对历史的理解，以及那些微小的变化是如何随着时间积累的。在19世纪，这些想法可是对传统观点的巨大挑战，甚至被许多人认为是邪恶的。
除了都有一脸华丽的胡须，达尔文和玻尔兹曼两个人并没有很多共同点。虽然是同一时期的科学工作者，他们却从来没有见过面。达尔文比玻尔兹曼年长一辈，他是出身于名门的绅士；由于疾病缠身，晚年达尔文的大部分时光都在家中度过。而此时的玻尔兹曼在大学教书，并指导了许多后来的物理学先驱。他发明小工具，写诗，喜欢旅行。不幸的是，如他在书中描述的，后来的他与抑郁症斗争，并在1906年逝于自杀。
从表面上看，两位大胡子科学家的理论也似乎毫不相关。但深入研究会发现，他们的理论不可分割地交织在一起。进化论和熵的概念都挑战了很多人对“自然”秩序的看法。达尔文说人类的祖先是其他动物，我们与所有生物一样都在一个“家谱”之中，并且受到一种普遍过程的支配，称作自然选择。而玻尔兹曼说有序的物理规律可以导致无序，而这需要使用统计语言和概率来理解。
这两个想法都干扰了19世纪人们对进步和永恒提升的看法，不过，玻尔兹曼可能是第一个认识到两个理论间这种联系的人。
最初，熵的概念是由蒸汽机工程师发现的。他们意识到，无论他们的机器多么高效，在运行中总是有一些能量损失。能量没有被破坏，只是不能被人使用的。鲁道夫·克劳修斯用损失的能量定义了“熵”这个物理量，这个词来自希腊语中的“转换”而且它的发音类似“能量”。
后来，物理学家们在热力学第二定律中阐述了熵的意义：任何不受外部影响的系统，熵将保持不变或增加。这相当于在宇宙的层面上说，天下没有免费的午餐。每一笔交易都要付出代价。然而，以这种方式定义并没有说明什么是熵，玻尔兹曼想知道更多。
当科学发展到19世纪，科学家们开始将不同领域的知识统一起来：比如，电与磁间的联系被发现了，利用物理中新的方法确认更多的化学元素等等。
玻尔兹曼则试图使用支配宏观物体的牛顿定律来理解气体的行为。他这样做可是有先例的，那就是“分子运动论”。该模型是由詹姆斯·麦克斯韦和他的同事们一起提出的。分子运动论将微观气体粒子的速度与可测量的量联系起来。根据牛顿定律，这些粒子碰撞前后看起来应该是一样的，但是，熵必须增加或保持不变——这是不可逆的呀！
说起来，不可逆性是生活中再平常不过的部分。打破玻璃杯、把水洒在地板上都是不可逆转的。玻璃碎片和水分子不会自发重新结合。蛋糕面糊中的成分不会分离，喷在房间里的香水不会流回瓶子。玻尔兹曼想用微观物理学来解释这些现实中的不可逆现象。他通过证明大量的气体分子会产生不可逆的结果达到了目的。
让我们来做一个实验：试想将一个可移动的隔板放在一个密封的盒子里，在实验中，我们用某种气体填充箱子的一半，然后稍微打开隔板。一些气体会通过隔板中的开口散开，一段时间后在箱的两侧具有大致等量的气体。如果我们在箱子的两侧开始都有气体，然后打开隔板，我们几乎肯定，气体不会只聚集在箱子的一边，即使我们等待很长的时间。虽然粒子之间或粒子与容器壁之间的每次碰撞都可逆，结果也是不可逆的。
当然，也有可能所有气体颗粒都自发地从容器的一侧运动到另一侧。但正如玻尔兹曼指出，这种可能性极小，我们不用太担心。同理，熵也能够自发地减少，但这几乎不会发生。而熵增加或者保持不变的可能性则是大大的。即使从粒子完全可逆的微观行为开始，其结果也是有方向的，不可逆转的。
从这里，玻尔兹曼看到熵和进化之间的联系。在生物学中，每一个代际之间存在着微小变化，在这里的讨论中，是没有方向并且随机的。但达尔文的自然选择理论证明，它们如何最终导致不可逆转的变化，为新物种如何从已有物种中产生提供了一个潜在的解释。达尔文称这种现象是“后代渐变”，并引入了自然选择的观点进行解释。而玻尔兹曼认识到，这是了解生命繁殖的深刻理解，就像他对熵的解释为物理学中不可逆过程提供了深刻的理解。
除了不可逆性之外，他还认识到生物之间还涉及了对资源的竞争，换句话说，一种使熵最小化的战斗。生物具有各种各样的性状。这些性状中的一些是适应性的，可以帮助生物生存：使其能够找到食物，或避免成为其他生物的食物。一些性状对生物不利，还有一些中性的性状，既没有帮助也没有害处。自然选择则是在进化中选择有利的性状淘汰不利的性状。
自然选择对生命而言是一种严酷的观点。但生物需要来自空气、土壤或吃掉其他生物以获取食物，这就意味着竞争。幸存下来的生物将其适应性性状传递给后代，而有害的性状则消失。如果这些特征在后代中累积得足够多，那么全新的物种就会出现。我们也是其中之一：人类来源于自然选择和适应的过程，就像所有其他生物一样。
玻尔兹曼使用这两种理论来论证生命的斗争不是关于能量。地球从太阳得到大量的能量，远远超过生物以光合作用的形式使用的能量。相反，生命是通过捕获尽可能多的可用能量来使熵降低的斗争。玻尔兹曼充满洞察力的理解将达尔文的理论与基础物理学联系起来，这是一个惊人的成就：彰显了进化和熵的影响是如何超越其各自的原始领域。如今，我们在信息论中运用进化算法和熵，而进化论则是NASA搜索其他世界的生命时使用的标准。
达尔文和玻尔兹曼共同引领的革命还在继续。也许我们甚至可以说，他们的学说已经在“共同进化”了。