2018-05-04 熵------读书笔记

【拼音:shāng】熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出。化学及热力学中所指的熵,是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数。熵亦被用于计算一个系统中的失序现象。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较。

1871年,英国物理学家麦克斯韦设想了这样一个实验:有一个箱子被一块板一分为二,板上有一个活门,由一个从海加尔山抓来做苦力的小精灵把守。

    小精灵能测量气体分子的速度,对于右边来的分子,如果速度快,他就打开门让其通过,速度慢就关上门不让通过。

    对于左边来的分子,则速度慢的就让通过,速度快的就不让通过。

    一段时间以后,箱子左边的分子速度就会很快,右边则会很慢。

    这意味着箱子的无序度降低了,熵减少了。

    机智的麦克斯韦还假定,活门既无质量也无摩擦,那么在这一过程中小精灵并没有做功,这不就违反了热力学第二定律吗?

    直到60年后,这个问题才被圆满解决。

    匈牙利物理学家西拉德提出,做功的是小精灵的“智能”。

    他认为,获取信息的观测过程{小精灵判断分子的速度快慢}需要能量,必然会引起熵的增加,其数量不少于因分子变得有序而减少的熵。

    这样,由箱子、分子和小精灵组成的整个系统,就仍然遵守热力学第二定律。

    现在回头来看,获取信息需要额外做功是顺理成章的,然而在19世纪末,睿智如麦克斯韦也没有看出小精灵的“观测能力”,对箱子--分子--小妖系统的影响。

    直到20世纪,物理学家们才意识到,“观察者”在量子力学中扮演的重要角色后,信息与物理的关系才被理解。

    那么有人又会问了:既然自然界的所有过程最终都趋于无序,那么为何会有生命这种高度有序的存在呢?

    在这个哲学问题的思考上,薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》一书中提出,生命从环境中抽取“有序”来维持自身的“有序”。

    吃喝是摄取“有序”的过程,食物的有序度经过消化被降低,最终以拉撒的方式将“无序”排放回环境。

    另外,生物会通过散发热量,把生理过程中产生的剩余熵排放到环境中。温血动物较高的体温,有利于更高效地排除熵,因而能产生更强烈的生命过程}

    就总体而言,排放的熵要大于摄取的负熵,所以满足熵增原理。

     总结:熵越大,社会越失序,熵越小,越有规律。

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