什么叫熵?熵是由克劳修斯首次提出,并应用到热力学中。第一次将熵的概念引入到其它学科中是克劳德·艾尔伍德·香农。

从物理学角度来理解,在热力学系统中,损失而不能用来做功的那部分热量。一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收(放出)的热量除以它的绝对温度,即S =∫dQ/T或ds = dQ/T,S表示熵,Q表示热量,T表示温度。实际上是这个“商”,写作“熵”后,数学术语就被赋予了广泛的意义。

从信息论、天体物理、生命科学、控制论、数论、概率论等角度看,熵是指某个系统的混乱程度。不同的学科中有更为具体的引申意义。

在物理学中,能量守恒定律是热力学第一定律。一个系统与环境孤立,它的内能不会发生改变;一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它所做功W之和。

热力学第二定律有两种表述方式。

克劳修斯表述:热量可以自发地从高温物体传递到低温物体,不会自发地从低温物体传递到高温物体。

开尔文–普朗克表述:物体不可能从单一的热源吸取热量,并将这些热量全部变为功,而不产生其他影响。孤立系统的熵永不减小。

热力学第二定律揭示了大量分子参与运动的宏观过程(温度、压强、体积等)具有方向性,即能量的转移或者转化具有方向性(不可逆性),损失的内能永远不能回收再利用了。

热力学第三定律。当温度达到绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零, 或者说绝对零度(0K)不可达到。

理解熵增及其应用,需要综合运用热力学三大定律。

什么叫熵增。从物理学角度来理解,熵增的过程是个有序向无序发展的过程,且是自发的,熵增加,虽系统总能量不变,但其中可用部分总是减少。熵增的引伸意义:熵是衡量系统无序性的一个参量,熵增越高的系统,混乱程度就越大,其微观状态就难以精确描述或者管理。熵增加后,其中可用部分就减少。

熵增在生命科学中的应用。从养生和保健的角度来说,要想健康长寿,就要不断地抵抗自身的熵增,具有熵减之本能。保健品、化妆品、体育运动等只是抵抗自身熵增的一种途径,但阻止不了人体衰老的过程。人体内不断地进行着各种化学反应,生命过程是以化学反应为基础的新陈代谢之过程,在这个过程中,细胞的结构必然受到损伤,能量必然产生损失;人体内的生化过程,有自发和非自发的过程,两个过程同时存在并相互依存。所以,熵增是必然的,生命最终由有序走向无序,直至老化死亡。

在地球生物圈内,所有动物都是从环境中摄取有序高分子低熵物质,然后,向环境中释放无序小分子高熵物质,以此来维持自身有序的低熵状态。太阳是地球能源的宝库,地球的负(低)熵流几乎全部来自于植物吸收的太阳能产生的低熵物质。

熵增在信息论中的应用。信息意味着负熵或者说熵的减少,因为在一个有确定结构的信息系统中,信息量越大,有序性或组织程度越高。

熵增在天体物理学中的应用。宇宙一直处于熵增的过程,从大爆炸前的那个密度极大、温度极高的奇点开始,在膨胀到最大体积之后坍缩。恒星会因为各个星系中的星际气体被逐渐消耗而最终停止,只剩下白矮星、中子星和黑洞,黑洞最终也会因霍金辐射而全部蒸发,宇宙的熵增加到极点,平均温度会逐渐地趋于绝对零度,最终达到热寂状态,这是一段非常长的熵增过程。令人绝望的熵增定律,似乎早已注定了宇宙的命运。

我们要学会把熵增定律用于日常生活。一个系统内的熵越多,能够“做功”的能力就会下降。一个系统的有序性越高,其效率就越高,稳定性越好,也更容易管理。反之,则需要提高熵值,以迎接新的机遇和挑战。

科学是一把双刃剑,熵增也不例外。人的年龄越大,思想就越复杂,做事情时就越难做出决定,就会被很多的信息所迷惑。生活中的无序性(如暴饮、暴食、做事情不规划)常常对我们的生活产生危害。如果你的生活有条理性,就会产生自信,从而增强个人行动和决策能力,使人心平气和,思维判断力都会提高。无序性会提高我们的熵值,每个人都要学会约束自己,以降低自己熵值达到更好的生活状态。

质量守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律、熵增定律,应该是宇宙中的四大基本定律。谢谢阅读!