有人问:熵增理论为什么让好多人一下子就顿悟了?其实这个问题本身就有问题,对于熵增理论似乎并没有多少人一下子“顿悟”,好像“顿悟”的人并不多。
首先,熵增理论不是个好理解的理论。
熵增理论看起来比较简单,读过中学的人都知道,但真正理解的人又有几个呢?前面有人鹦鹉学舌的说了,现在时空通讯再来鹦鹉学舌一遍:熵增理论有三个方面的定义,一个是物理定义,是说熵增过程是一个自发有序向无序发展的过程;热力学定义是说随着熵增加,系统总能量不变,但其中可用部分减少;统计学定义为,熵是衡量系统的无序性,熵越高系统就越难精确描述其微观状态。
看起来简单吧,背熟了这几条,就知道了熵增理论了?其实这里面有几个很难理解的问题,或者说词汇。比如啥叫熵?为啥熵增过程是有序向无序发展呢?既然如此,为啥又不是一个熵减过程呢?能量既然不变为啥又可用部分减少呢?能量不都是可用的吗?前面有人说能量不变,但有能量损失又是咋回事?在引申下去,熵越高为啥就越难精确描述其微观状态呢?
现在我们就围绕着这些“为什么”来讨论。
首先要弄清什么叫熵,这是这些问题的总纲。过去有句话,叫纲举目张,说的是渔网有个总纲,就是渔网的总绳,撒网时,只要把这个总绳牵扯好了,渔网每一个“目”,就是网眼就会全部张开来。熵就是熵增理论里面的“纲”。
“熵”这个词不仅仅简单理解在物理学、热力学、统计学里面的意义,而是涉及社会的所有方方面面,实际上“熵”只是一个科学的名词,通俗的说就是度量混乱状态的一个指标,说的是任何系统,都是一个从更有序到无序的发展状态,越无序就是熵增越大,越有序就是熵越小。
也就是说,所谓“熵”就是一个衡量无序状态的参量。这样我们就可以理解越无序越混乱,熵值就越大了,就越难评估和把握了。如果把这种混乱状态作为一个熵减过程,那也无不可,但就要改变“熵”的内涵了。如果从1854年克劳修斯(见题头图)提出“熵”的概念时,把它定义为越混乱越是一个熵减过程,那今天或许又有人提出,“为什么是这样呢”这个问题了。人就是这么一种奇怪动物,喜欢问一些无厘头问题。
理论认为,任何孤立系统都是一个“熵”增过程。
这里面还包含着一层意思,熵总是在增加,而不会减少。宇宙大爆炸开始,只有单纯的能量,这时的宇宙是非常有序的,但随后产生了各种各样的物质,产生了恒星星系等等各种天体,这个总系统就越来复杂和混乱,最终还是要走向灭亡。
假定在一个封闭系统,一杯热水和一杯冷水放在一起,开始也是有序的,热归热冷归冷这两杯水就永远是一杯热的和一杯冷的。但有一个管道将它们联通,它们就开始变得无序,最终两杯水成了一样的温度,如果绝对保温的话,能量不会损失,但冷热交替就没有了,也就是可用能量没有了,这又叫热平衡。可用能量的变化,并不等于能量的损失,而是差别变小了,所以前面有人说会损失一部分能量的说法是错误的。
如果把一堆红豆和一堆绿豆放在锅里翻炒,开始也是有序的,绿豆红豆分得很清楚,随着第一下翻炒,无序状态就增加了,然后就会越来越乱,最终完全均匀了,是不是这就变成有序了呢?不是,而是熵增到了最大值,就没有任何可以变化的事物了,就是事物的死亡。因此现在宇宙归宿说中有一个热寂说,就是熵增到了最大值,能量再也没有任何可用的,宇宙灭亡。
因此,熵增理论是一个宇宙终极演化规律,包含着所有生命或者非生命的演化规律。
所谓“熵增顿悟”实际上就是说看透了这个世界。
英国天文学家、物理学家、数学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿认为,熵增原则是自然界所有定律中至高无上的。这是爱丁顿的顿悟,因为他知道,在我们这个世界,熵增值只会越来越大,也就是越来越混乱。知道这个原理,做任何事情就要顺势而为,才能取得成果,如果硬要违背事物发展规律倒行逆施,只能失败。这才是顿悟。
其实有几个人有这种科学精神呢?也就是说能够顿悟呢?要知道,爱丁顿曾经认为自己才是真正懂得相对论世界第一人。他最支持爱因斯坦相对论,并且一生科学成果丰硕。爱因斯坦广义相对论发表后,为了证实广义相对论中关于时空弯曲光线弯曲理论,曾经带队千里迢迢到非洲观测日全食,验证了爱因斯坦的正确,轰动了世界。
记者曾经问爱丁顿,世界上是否只有3个人真正懂得相对论,爱丁顿风趣的回答:第三个人是谁我还得想一想。虽然这有点吹牛皮,但也可见爱丁顿对自己的自信。
爱因斯坦的好朋友,量子力学大师薛定谔在其名著《生命是什么》一书中指出:人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。这个意思是说,生命孕育和出生时,是从最简单有序不断发展到无序状态的,为了保持有序,就不断的摄取食物,食物就像是负熵来保持人的有序状态,但人类又要不断向周围环境释放生命活动的熵增来维持生存和进化,最终熵增就越来越大,人就会走向衰老和死亡。
宇宙和人类社会之“熵”只会有增无减。
不但是生命个体,就是整个社会也是如此。整个社会从原始社会的简单,变得越来越复杂,各个群体从过去黑白分明,变得越来越混乱而失去特色。所谓全球村既是一个进步,也是熵增的无序越来越大。各种文化从清晰变得模糊,就像一盘围棋,随着开始的黑白分明,变得混乱不堪。
熵增是不可逆的,从生活中最简单的理解就是自律总比懒散困难,放弃总比坚持轻松,变坏总比变好容易。人类和社会总是想尽力的解决熵增问题,尽力去做一些熵减的事,力图使事情变得更有序。但有序是相对的,无序才是绝对的目标。
但这种变化是指一个孤立系统,如果借助系统外力,有可能会给某个系统一定程度的熵减,但必将以增加外系统的熵为代价,即环境熵增。总体上,一个孤立系统熵增是必然的,不可逆转的。
因此,不管是任何事物,都无法违背熵增规律,都有一个从诞生到成长到死亡的过程,个人有死亡的一天,不同的社会体系和团体也是这样,人类整体也有灭亡的一天。对此,你顿悟了吗?
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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