熵「Entropy」

前言:混乱与稳定

什么是熵

化学及热力学中所指的熵(来自维基百科),是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数,也就是当总体的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指标。熵亦被用于计算一个系统中的失序现象,也就是计算该系统混乱的程度。对于我们来说,熵可能是个陌生的词。但正如无处不在的牛顿力学、量子力学、相对论一样,它所“掌管”的领域甚至更广。

举几个例子,一盒散落到地上的火柴和一盒摆放整齐的火柴,前者更加混乱,熵也就越高;人作为一个复杂的生命系统,在趋向老年时,系统内部更加混乱,身体更容易出现各种各样的问题,最终走向死亡;或者一杯热咖啡,在温度更高时,分子运动更加活跃,内部的混乱程度高,熵就更高,而逐渐冷却下来后,能量减少,分子活跃度变低,熵变小。

熵增是一种不可逆趋势

从热力学第二定律的角度来看,在一个封闭系统内部,随着时间的推移,热能只能维持不变或者变小。而热能的耗损就意味着熵的增加(即能量退化)。所以说,在封闭系统内,熵是在时间维度上不可逆的的量。这种不可逆在生活中比比皆是。比如放在包里的耳机线,即使放进去的时候进行了整理,但拿出来之后多少会变得纠缠在一起,而不可能更加整齐;一块弃之野外的木头,时间久了,会变得疏松、腐朽,而不会更加坚实。细心的读者可能会问,在上一段的例子中,咖啡冷却下来,熵反而减小,不是矛盾吗?这里反复强调的一个前提是——封闭系统。咖啡是在一个开放系统中,当热量散到空气中后,使附近空气分子温度上升,运动加剧,熵增加。所以总的来说,咖啡和周围的空气总的熵是增加了的。

熵与稳定

生活中常听到一句形容屋子的话:乱地不能再乱!其实从熵的角度来说,就是一个封闭系统内的熵达到最大值而使整个系统趋于稳定。但是这种稳定有时是“致命”的,因为这意味着能量退化达到最大程度。对于一个生命体而言,熵增最大意味着生命的终结,有序的生命结构消失,机体重新化为无定形的分子态;对于一个公司而言,熵增最大意味着公司管理失效,陷入混乱,极可能走向衰亡。但对于宇宙而言,从奇点爆炸至今,宇宙总体处于熵增状态并可能继续维持这种趋势,在这种情况下,宇宙环境稳定,出现智慧生命才成为可能。

结语

消亡是一种趋势。在这种趋势下,人类以及这个复杂有序的世界的诞生,已是万幸。

以上观点有不严谨之处敬请谅解!

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