提示  本文属半窃半编之半成品,以抽筋的节奏出现逻辑性短暂缺失,阅读需谨慎。

理工科学生应该对“熵”的概念毫无压力,学文的朋友应该也听过。初中的时候大家都学过热力学第二定律,它的一种简单表述为“孤立系统的熵值永不减少”。(闲话:我把自己归入半文半理类,大概就是自我感觉学文会很有出息,实际死在学理的半路上的那种。)如果不是读了《信息简史》,我肯定不会如此眷顾这个概念,?,这个东西实在是太惊人了,你一呼一吸、一颦一笑之间竟是满满的熵。(高大上的感觉顿时来了,有木有?)毫不夸张地说,关于宇宙的起与灭,人类的生与死, “熵”是不折不扣的主角。

熵与热力学第二定律

熵是什么呢?(下面开启严肃知识模式)“熵” 这个词儿是由热力学主要奠基人之一鲁道夫·克劳修斯首次提出的,用来表示能量的不可用程度。大家常见的表述是,熵表示体系的混乱程度(或无序程度,或随机性)。既然是克劳修斯提出来的,熵最早自然是伴随热力学现身的。这就不得不重点说一下热力学第二定律(对于物理总是不及格的人,谈论初中物理知识是一种多么痛的领悟!),它有两种表示:一种是克劳修斯版本,不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响;另一种是开尔文版本,不可能从单一热源吸收能量,使之完全变为有用功而不产生其他影响。科学家认为这两种表述是完全等价的,证明请参观维基百科。加入熵的概念,并推广到更一般的意义上,热力学第二定律可以概括为:宇宙的熵恒增。(模式关闭)

热力学第二定律是个真命题吗?大家知道,这年头已经很少有什么东西是绝对真理了,自从20世纪初物理界那些惊人的发现之后,经典物理学得出的结论基本都只能在概率意义上成立了,但这不妨碍它成为基本的科学定律。正如麦克斯韦所说:热力学第二定律等同于真理的程度与下述命题等同于真理的程度相同——把一杯水倒入大海之后,就不可能再取回同一杯水。

麦克斯韦妖

哎呀,这位麦老兄一开始可不是这么想的,开始他对热力学第二定律的态度那绝对是质疑、质疑,再质疑。他甚至变出一只妖精来“恐吓” 大家,这就是名垂千古的“麦克斯韦妖”。 麦克斯韦妖是麦克斯韦提出的一个假想实验的存在物,它好似一个身手敏捷的小妖精,在不需要做功的情况下,能将密闭容器中混合均匀的A、B分子神奇般地分开;能将常温铁棒的一端变得滚烫,而另一端变得冰冷;能将食盐溶液分为食盐颗粒和清水……总之,可以反转正常的扩散过程。不得了啊,好让人激动啊,你我虽然不是物理学家,但一想到若真存在这样一个“无限敏锐的感官存在物”,那也会激动得忘记穿鞋而到大街上狂奔的!这不正是人类梦寐以求的吗?雨滴会从地面飞回云里,人们会从坟墓走回摇篮……

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麦克斯韦妖

热寂

熵在宇宙学中也掀起了轩然大波。“热寂”听过吗?没听过没关系,猜猜就知道什么意思了。热寂(heat death)是关于宇宙终极命运的一种假说,是根据熵增原理推出来的。毫无疑问我们可以把宇宙看成一个孤立系统,那么根据热力学第二定律,宇宙的熵就会随着时间的流逝而增加,直到达到某个最大值,这时候宇宙中其他有效能量已经全数转化为热能,所有物质的温度达到热平衡,也就是说宇宙归于静止和死寂的状态。听完一身冷汗呢,有木有?生命消散,所有能量交换都stop了,这是一条彻头彻尾的黄泉路啊!

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热寂:宇宙的尽头

等等,你可能想问,麦克斯韦妖是否真的存在?热寂说真的代表宇宙的尽头吗?本着严肃的科学素养,我绝对不会告诉你答案,破坏你在灯火阑珊处找到答案后回眸一笑的惬意。

生命在于负熵

其实最key的point是熵跟生命纠缠到一起了,这听起来简直酷毙了。人类自从有了意识,就对生命充满敬畏,同时无时无刻不想揭开生命的面纱——生命究竟是什么?这可不光是生命科学家的事儿,就连大名鼎鼎的量子物理学家埃尔温·薛定谔都要专门搞个讲座来试探性地回答这个问题。后来,薛定谔根据讲座内容整理了一本小书,叫《生命是什么》,是一本相当抢手的科普读物呢!不服不行,牛人就是牛人,业余性地研究一下下都能有如此轰动的效果。话说,薛定谔的这本书引发了一场生物学革命,开出了好一朵灿烂的花儿,名字叫“分子生物学”。

埃尔温·薛定谔

薛定谔在这本书中提出了一个惊人的观点:生物体以负熵为食。他认为:“新陈代谢的本质是,生物体成功地使自己摆脱在其存活期内所必然产生的所有熵。”当无生命的孤立系统处于均匀一致的环境中时,其中的运动最终会趋于静止,温度趋于均匀一致,化学反应最终也会停止,也就是达到了熵的最大化。无生命的和有生命的系统总有一些特征惊人地相似,以目前的技术看来,所有的生命都有一个终点,那就是死亡。好,且说人吧,每个人熵最大化的状态便是死亡(由熵谈论死亡也是个有意思的话题,好吧,这里且不说)。因而,人在生命期限内,一直保持不稳定的状态,对抗熵增加。

对抗熵增加也就意味着人要让自身变得有序,怎么办?从环境中汲取秩序。低级的汲取秩序也就是一个人要存活,要从周围获取食物,说白了,你得吃,这是生理需求。那高级的汲取秩序是什么?你要增加自身的技能,长见识,在跟他人和社会的交往中获益,说白了,这是马斯洛的各种高级需求。可以简单地认为,对抗熵增加需要付出智慧,而这是人类生存的根本。

其实这里还有一个非常大胆的结论:人以信息为食。不知道可否证明“人以负熵为食”与“人以信息为食”完全等价。中间其实有一条证据是“信息是负熵”(维纳),这能作为充要条件吗?对不起,我数学也没学好。

(下面开启胡言乱语模式)从“人以负熵为食”我得出一个非常俗气的结论,如果一个人什么都不做,熵就会增加,用一句大白话表示就是:你的德智体美劳会全面下降,你正以前所未有的正加速度冲向死亡的终点。嗯,一般人可能不愿意这么坐以待毙!思考也罢,摄取信息也罢,产生点负熵吧!(结束)

最后,其实麦克斯韦妖和热寂都是可以破滴,自己找书看吧!书的名字它就叫,就叫,就叫什么来着~~~


有一种追捧,发自内心

读书的过程中非常惊喜,神经紧绷,边读边暗自感叹作者的知识广博、语言幽默含蓄、见解深刻独到,并且在读完的时候还带有一副意犹未尽以及稍显伤感的神态,怎么就没了?你明明想看到更多!这样的书不常有,《信息简史》算一本。