思维模型30 - Second Law of Thermodynamics | 热力学第二定律

我认为,熵增定律——热力学第二定律——在自然界的定律中具有至高无上的地位。如果你的理论被发现违背了热力学第二定律,你就一点希望都没有,结局必然是彻底崩塌。 —— 爱丁顿爵士

一个生命有机体在不断地产生熵——或者可以说是在增加正熵——并逐渐趋向于最大熵的危险状态,即死亡。要摆脱死亡,就是说要活着,唯一的办法就是从环境中不断地吸取负熵。我们马上就会明白,负熵是十分积极的东西。有机体就是靠负熵为生的。或者更确切地说,新陈代谢中的本质的东西,乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。——《生命是什么》薛定谔

热力学第二定律(熵增)真是深刻的让人不寒而栗。还可以用来解释以邻为壑。 —— 王兴

爱丁顿爵士认为熵是时间之矢,薛定谔认为熵是生命之本,而美图创始人王兴也认为熵增让人不寒而栗。熵这个概念的重要性上面三位都已经阐述得很明白了。其实,我在学习热力学第二定律这个思维模型之前,从来没觉得会有一个思维模型让我把三观给颠覆了。即使到现在,这个概念对我带来的影响,真就像王兴说的那样,深刻的不寒而栗。

我的表达能力实在是有限,而且写出来的东西都是自己主观的一些看法,所以想要真正的理解这个思维模型,唯有自己学习才可能形成自己的理解,我希望我的笔记只是一个引子,大家不要止步于此。(大家不要嫌我啰嗦,其实这段话本来只在结尾的,但我觉得实在太重要了,毕竟人类的本质多说一遍不过分)

概念

热力学第二定律是什么?

热力学全称热动力学,是研究热现象中物态转变和能量转换规律的科学。而热力学一共包含第零定律,第一定律,第二定律,第三定律这四个定律。而今天主要学习的对象是热力学第二定律。

热力学四定律

公元1854年,德国物理学家克劳修斯首次提出了“熵”的概念,而“熵”也在日后成为了热力学第二定律的核心概念,克劳修斯认为“在孤立的系统内,分子的热运动总是会从原来集中、有序的排列状态逐渐趋向分散、混乱的无序状态,系统从有序向无序的自发过程中,熵总是增加的”。如果换成容易理解的话就是,热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体,但不可能自发地从温度低的物体传到温度高的物体。举个简单的例子,刚出炉的饭放在餐桌上过一段时间,它就会变得和室温一样了,放在久它也不会又热了起来。

克劳修斯

熵到底是什么?

能量是可以转化的,比如热能转成机械能,但是转化的过程中不是百分之百的转化,而“熵”可以理解为被“浪费”的能量。如果我们从熵的角度来看,热力学第二定律也可以描述为:一个孤立系统熵的变化只能增加不能减少,要减少它的熵,外界必须对它做功。因为能量不管怎么转换,每次都会有一些变成熵,所以熵始终是增长的。

而熵在统计学中,熵度量的是系统的无序度,也就是说,系统越杂乱无章,它的熵值越大。例如,我们在一杯水中滴一滴墨水,墨汁最终会均匀分布在整杯水里。这个过程就是“混乱度(熵)”增加的过程;如果没有外界干扰,这杯水里面散开的墨汁,不会自动归集到一处(混乱度减小)。

而能量也可以这么理解,状态相同的能量聚集起来才能在红馆表现出来,如果只是无序的散落,是没效的。就像上面说的墨水,聚集起来才能写字,被水稀释之后的墨水是很难写出清晰的字迹。

简单来说,系统越杂乱无章,它的熵值越大,而一个封闭系统内部,事物总是从有序趋向于无序的,所以熵的值一定是增加的,这就是所谓的熵增定律

启示

熵增所带来的现实

我们能从概念直接得到如果不施加外力,事物永远向着更混乱的状态发展。例如,房间没人打扫,只会越来越乱,不可能原来越干净,如果脑袋不用,你的思维能力只会越来越差。

这有点像之前大数定律里面提到过的,坏事总会发生,生活总是不如意,问题总是接踵而来,而这也是墨菲定律的内容。而熵增就是这些现象的原因,也是不确定性的另一种解释。所以我们不能祈祷坏事不发生,不能想着放任不管它会自己变好,而实际情况往往都是越来越坏,解决问题的方法只有对它做功。

用熵的角度看生活

生命为什么伟大?

我们可以想象一下,构成我们身体的原子集合几乎有无限种排列方式,但几乎其它的排列方式都不会导致生命形态的出现。如果我们用分数来表示这个概率,那么这个概率的分母可能是无限大,而分子只有一。换句话说,在宇宙中熵的法则下,我们每个人都是违背了无数种可能而存在的,这难道不伟大么?

生命

艺术为什么值得保护?

如果只是拿墨笔在画面上随意挥洒,如果次数足够多的话,也能出现美好的作品,类似例子的还有无限猴子定理,让一只猴子在打字机上随机地按键,当按键时间达到无穷时,几乎必然能够打出任何给定的文字,比如莎士比亚的全套著作。虽然靠无穷的可能组合是能够达到,但这个几率却太小了,在无穷无序的宇宙中所找到了仅有的美丽组合,这难道不值得保护么?

art

商业的价值

我们生存的这个世界是一个四维空间,而我们无法控制的维度就是时间,而所有商业的价值的根本也在于效率=时间。所有的商业都是为了解决问题,如果我们解决问题比别人更省时间,这就是价值。例如,微信提高了我们联系朋友的效率,阿里提升了我们购物的效率,媒体行业提升了信息传递的效率等等。而提升效率最直接的方法就是提高有序性。微信将散落的朋友信息有序的整合到了一个网络,百度是将网络上的信息有序的排列起来,根据用户搜索来快速定位,而阿里则是把所有的商家信息通过店铺,评分整合起来,通过大数据让每个人都能快速的找到自己满意的商品。我们用熵的角度来看,商业价值就在于从无序转为有序的反熵增运动

如何反熵?

这里先说一下反熵的思路,根据热力学第二定律我们知道,它有一个非常重要的前提——一个孤立的系统,而反熵就是打破孤立变为开放系统。而第二,那就是把无序变为有序——做功。这里从如何培养自己的反熵思维和亚马逊的管理哲学来说明。

如何培养自己的反熵思维?

对于个人来说,让自己的固化思维变为开放思维就是一个反熵思维。在时刻前进的世界里我们如何保持不动?那就需要不断的学习改变自己。而开放思维能够让我们不断的吸取外界的新知识。另外,还有一点反熵的方法是努力证明自己是错误的,突破自己的现有认知。例如查理芒格先生,每年都会摧毁自己他们原本认为是对的观点。

亚马逊对抗增熵

亚马逊创始人贝佐斯在1998年的致股东信里出现了“反熵”一词,这也是亚马逊成为千亿市值公司的重要理念之一。贝佐斯强调自由现金流,所以他把自由现金投入到与主营业务不相关的领域,其本质就是让亚马逊的系统流动起来。

贝佐斯还将亚马逊的内部业务打造成一个对外服务的业务,这样这个业务就要与市场其它竞争者进行竞争,通过这样不断打磨自己的业务,让独立业务都能获得独立增长与外界交换能量,提高竞争力。现在已经有不少企业都是这么做的,这就是反熵的作用。

总结

系统越杂乱无章,它的熵值越大,而一个封闭系统内部,事物总是从有序趋向于无序的,所以熵的值一定是增加的。直接用于现实生活,如果不施加外力,事物永远向着更混乱的状态发展。而生命的意义就像虐猫狂人薛定谔说的那样,生命需要通过不断抵消其产生的正熵,使自己维持在一个稳定而低的熵水平上,而乔老爷子也说过“Stay hungry. Stay foolish“,其实说的是一件事情。

这里我先提醒一下,反熵并不代表熵会减少,反而会产生更多的熵,比如我们收拾混乱的房间,我们是需要做工的,而且这个工的总量要大于房间整理好所需要的能量,因为有一部分在转换中浪费掉了,所以总的来说熵还是增加的。所以不要以为反熵是没有代价,目前我所知的也是我们唯一能做的只是让熵从一个领域转移到另一个领域而已。这可能是另外一个话题了,这里就不展开说了。

污染

最后这里再提一句,我的表达能力实在是有限,而且写出来的东西都是自己主观的一些看法,所以想要真正的理解这个思维模型,唯有自己学习才可能形成自己的理解,我希望我的笔记只是一个引子,大家不要止步于此。

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