熵的理解―我们走向何方

熵的理解—我们走向何方“能量是守恒的，既不会凭空消失，也不会创造产生，只能从一种形式转变为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转变或转移过程中，总量是不变的。”—热力学第一定理看到这个真理，我们似乎没有必要为能源危机的产生而烦恼，而事实上，严格意义说，我们利用的不是能量，而是利用能量的转化过程中的“功”，我们利用的是一个过程，食物经过人的消化道，大部分经肛门排出，少部分暂时贮存，最终也被消耗，回到自然之中，其它如穿、住、行，我们没有任何事永恒的贮存起来，只是利用转换的过程，得到机体感观的享受（实际上最终目的为了物种的繁衍和本身基因的传递）。那么能否利用功就决定于能量转化过程是否发生，能否发生取决于能量转化是否有方向，答案是有方向，方向就是就是系统必须“熵增”。熵的概念是由热力学第二定律引出来的，同时指明方向，在告诉我们方向的同时也告诉了我们未来宇宙最可能一种结局—“沉寂”。熵(entropy)指的是体系的混乱的程度，用于衡量过程不可逆的程度。举几个简单的例子证明方向1.一辆运动的车在水平的路面行驶，当车的油耗尽，没有动力时候，驾驶者不做任何操作，车速会慢慢降下来。车本来是具有动能的，速度变小，动能也在变小，动能通过摩擦力逐渐转化成热能，这个过程是熵增。整个过程中，能量是守恒的，但是过程是不可逆的，不可能将那部分热能在转化为动能，实现小车的重新运动。2.将一滴红色墨水滴入水中，水变红了，这是个熵增过程。在不消耗外界功的条件下，不能实现墨水的重新凝聚为一滴。两杯相同质量的水，一个是90摄氏度，另一个是50摄氏度，混合后，质量不变，温度变为70摄氏度，能量保持不变。似乎没有什么损失，而事实上，这个过程熵是增加，本来存在可被利用的功已经不能使用。如果将两杯水和一个机械装置放入孤立系统之中去，两杯水有温差，是可以发出电，电可以带动机械装置转动，转变为动能，刚开始是存在有用功的，可能由于摩擦力等耗散，最终变为温度相同一个整体—沉寂。如果混合后的两杯水，没有温度，是不能发电，刚开始就是—沉寂。大到整个宇宙，他们也是一直在耗散，一直在熵增，最终成为一个沉寂。科学家在目前的知识基础之上已经对未来的宇宙做出预测，宇宙将终结于-250摄氏度的沉寂，那个时候除了分子之间的微弱的运动，没有任何生命活动，所有的物质变成相同的成分，任何化学变化都不会再发生。任何节能的本质就是减缓熵增过程，但是这个过程却不能阻止。我们只是终将流入大海中的水滴，一生也不过是一朵水花。这是一个十分悲哀的答案，我们人类所创造的一切文明，物质抑或非物质，终将不存于世。任何伟大也将会烟消云散。这个很早就被发现。19世纪英国哲学家罗素感慨，这很无奈，人类应该为自己的昙花一现而前行。整个人类的结局和个人的结局一样最终归于沉寂。也有乐观的人士表明，既然我们不知道宇宙是如何起源，当然也不能预料宇宙的未来，上述仅仅是猜测，还有很多没有发现的真理，新发现的量子力学已经推翻过去很多真理，热力学第二定律也是有一定应用范围的。还有一种可能，宇宙也是一种波，具有周期性，不断的膨胀和收缩，只是周期比较长。达尔文进化论指出，物种不断变异，将会越来越丰富。地球本来都是海洋，现在变的有陆地，陆地上又有存森林、草原、种植各种作物的平原，等等。最近的几十年，人类又不断制造出新的高楼、马路、铁路，各种设施，实际上这是将这个地球变的复杂而有序，就像将不同的东西分开出来，这是一个“熵减”过程。“熵减”过程似乎与我们的理论矛盾，而实际上，这有两层的原因：第一层，地球拥有化石能源，而这些能源是能量的富集品，它们在被消耗扩散之后，他们熵增了，变的无序，带来了其它物体熵减，整体过程是“熵增”；第二层，太阳源源不断的将高品质能量从5000多摄氏度辐射传给地球，地球以15摄氏度向宇宙-266摄氏度辐射传递能量，两者传递的能量是相等的，否则地球不断升温，但两者向外界传递熵是不同，对地球来说是熵减，同样整个过程是熵增。一切物体都具有能量，我们也可能把熵的概念进行推广。曾经遇到很多厌学的同学或者学生，我就开始询问自己别人为什么要学习呢，答案很多种，有的说为了以后的好生活，但谁能确定学习好就可以好生活，知识分子都是幸福的？至少你没有享受到现在的美好生活；有的说为了提高自己素质品位，那提高自己的目的又是什么呢？单纯提高自己的话，你可以一辈子在学校，不断的学习各门知识；有的说这是比较，不学习就会落后，这种说话更是容易推倒，难道一个人的幸福感是按照学习的成绩来排名嘛。从热力学角度，学习本身来说是一个熵减，使你考虑问题变的有序，将你对社会的认识加以整理，对于群里来说，价值观变的相近。学习需要投入，加之投入其实也是熵增过程，我们可以用学习的时间去成其它的工作，这个过程一定可以创造更多的有用功。从长远来看，这可以创造更多的价值，因为我们容易交流，经验技术容易推广，合作都很方便。对于一支部队来说，如果不去训练，而去工厂工作可以创造价值，但我们却让他们去走齐步，训练他们口令，这是一个很大的熵增。一个词“集合”他们立刻从无序变的有序，集合是个熵减过程，但前期的投入都是熵增。同样熵的概念可以任意推广很多个领域之中。这是一个很有趣的话题，悲剧的结局。