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越吃越蒙山人 (热门博主)
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关于熵,一个没有想明白的问题

(2024-03-18 07:32:46) 下一个

 

坐在城里写这样的文章,我自己都觉得是吃饱了撑的。而且,写完后连我自己看着都觉得通篇全像是在说疯话痴语,成心不让人明白的样子。其实,这也是一种不学无术的表现,说话让人难懂的原因,根本就是自己不是很明白。但还是要写出来,目的就是想找聪明人能过来指点一下迷津。不过还得再次声明一下啊,此乃小众话题,看完后觉得生涩无聊味同嚼蜡者,本山人概不出面道歉,并同时保留反向指责的权利。

诺贝尔奖获得者薛定鄂曾经写过一本篇幅不大的著作叫做《什么是生命》,这本小册子我并没有从头到尾读完,只是以前在看一些写有关社会进化书的作者不断地提起,就曾找来把相关章节研读了一下。非常有意思也非常令人迷惑的是,薛定谔把生命的终结,死亡的时刻,称作是热力学平衡静止状态的到来。

按照薛定谔的说法,每一个生命的过程,或者事件,发生的情况,不管叫什么,这些发生在自然界的东西或事件,总会在发生的那个地方让世界上一个部分的熵增加,而对于这个生命体来说,有一个对它来说的熵的危险状态,也是最大值,当它一步一步逼近这个状态时,就是在逼近死亡了。所以,这个生命体就要从所处的环境中摄取负熵。比如,对于人类这个生命体来说,就是从食物那种生存有机体中提取“负熵”。这就是新陈代谢,本来新陈代谢(Metabolism)这个词在希腊文的原意就是相互交换。

所以薛定谔从统计物理学的角度来看这个问题,说新城代谢的基础就是,生命有机体成功地把自己从它在活着的时候不得不产生的熵中解脱出来。换句话说就是,生命生来就是和熵这个东西做对的,而熵是以符合热力学第二定律的原理,包含在能量和物质中,其作用是让能量和物质挥散以达到热力学平衡的。这种属性这在许多情形下,等同于使事情从有序往无序的方向转化。但这种转化是有成本的。

物理学家往往会把一个很鲜活的概念给形而上学化。我的理解,薛定谔对这个问题的说来绕去,其实是想解释这样一个道理,即(有机体)生命趋向于在自然界或说宇宙中开创一种秩序,而这个秩序的终结平衡于无序。熵这个这个物理学概念,其实不是一个数学公式推导演绎出来的定律,不是一个自然法则。这个定律是一个统计的结果,它说明了在一个封闭的系统中,能量要向无秩序的方向衰退,变成一种less useful的形式,这就给能量的转换带来了成本。而这种次等级的能量却是拥有更高一级的熵。

呵呵,太费解了。按照大师们的诠释,热力学第二定律以科学的严谨和精准说明,任何人不可能什么都不付出就能得到他所希望的东西。甚至,你都不能打个平手,来一个等价交换。所以,这世间不可能有人能发明出永动机,什么事情都不可能一劳永逸,什么东西也都不可能长生不老,永远兴盛。在封闭系统中的有机体生命是如此,在封闭地球文明的环境下,由有机体生命的运作组合出来的社会机制应该也是如此,所以,我猜在这冥冥世界中,它们一定也会遵守一种更为广义的“热力学第二定律”,这样的话,就会有一个危险的熵值在前方毫无声息地等待着,而我们现在正在经历或正在目睹的,就是这样一个社会有机体从有序到无序的必然衰变。因此大家不用着急,现在的很多东西,不管你是喜欢还是讨厌,都会从中兴走到末路。美国的民主终归是会死掉的,中国的共产党终归也是会死掉的。到时候,这样的生命或说机制虽然死掉了,可是得到的熵却是高级的。这恐怕也是值得我们欣慰一下的吧。呵呵。

说句不必谦虚的话,我一向以为自己的认知分析能力还是不错的,一般只要想学的东西,鲜有让我不得其解的。可这有关热力学第二定律的问题,却着实是烦扰困惑我已近半个世纪之久了,直到现在对它的本真全貌还是没有完全理解。我第一次听说熵这个概念,是从高中物理老师的课堂上,当时他是一带而过,我猜班上是没人知道他在说什么呢。不过那时候刚粉碎四人帮不久,中学老师没几个业务能力强的,这个老师自己对这个定律明白不明白都是个问题。后来,在大学里上过一门大课《基础物理》,这应该是工科生必选课之一吧,我这才稍微明白了一些有关熵的表面定义。说起来,那已经是整整四十五年前的事情了。

 
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阅读 ()评论 (19)
评论
中间小谢 回复 悄悄话 熵增衹是數值增大了,衹是一种方便的度量方式而已,并没有什么事物變高級了的涵義。
山人兄有興趣可看看這幾個汝管視頻:

Veritasium, 不错的介绍: https://youtu.be/DxL2HoqLbyA?si=icJdAvZNRIF1bHFg

Hossenfelder, 課本之外的反思:https://youtu.be/89Mq6gmPo0s?si=LauN1vJKd60ox3rJ


Fridman with Wolfram,我跳着看了一部分,有趣的想入非非,有時間也可看看:https://youtu.be/cPfbGA_hNVo?si=DsGZOnDwbLCgwDLQ

Lacedaemon 回复 悄悄话 地球有太阳持续不断地输入巨大能量,因此地球完全不是个封闭的系统。太阳的辐射是地球有序的源泉。但整个太阳系情况就不同,可以视为准封闭系统,随后会终于热寂
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'beyond_peace' 的评论 : 谢谢分享心得。impressive。
beyond_peace 回复 悄悄话 回复 '越吃越蒙山人' 的评论 : 不同层次的系统 规律 不一样,好比 粒子物理的 公式 等等 没法 来 解释 凝聚态物理(比如半导体, 材料物理) 的规律,然后 化学 生物 又 是 更 大 更复杂 的体系。这个 序 在 不同 层次 也可以又不同定义。 maybe can take a look of P W Anderson's More Is Different 当然 有时候 大家 会 借鉴一些物理规律 来 描述 社会学的事情,但是 社会学 心理学 的 科学浓度 有待商榷
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 '远处的故乡在梦里' 的评论 : 嗯,你说的也是一种摆脱困惑的办法。
不过那些经典物理中的概念比较容易理解。你说的那几个例子,除了猫,我以前都写文谈论过。谢谢留言
远处的故乡在梦里 回复 悄悄话 现在的事不能太认真了。读了爱因斯坦所谓月亮不存在说和薛定谔的猫,感觉这些理论一开始就不打算让人们理解的。数学物理的基础理论百年来没有突破,科学家需要找些事做,只能与不惊人誓不休。而且煞有介事,比如光的双缝实验。如果把物理当哲学来理解,就不会头痛了。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'baladirk' 的评论 : 这本书我会感兴趣。谢谢推荐
baladirk 回复 悄悄话 最近买了一本书, “Entropy: A New World ViewBook by Jeremy Rifkin”。对于“熵 entropy\"在社会科学中应用感兴趣的值得一读。
baladirk 回复 悄悄话 这篇博文有深度。没学过物理/化学的人肯定不敢兴趣。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'cager812' 的评论 : 是这么回事哈。
cager812 回复 悄悄话 这些东东看着想想是很有趣的,对你眼前的日子没有影响。再说像恐龙在地球上喷嚏了2亿多年也玩完了,人类只玩了7-8百万年,不过也快玩完了。地球的寿命大概40-50亿年吧,可能。马斯克就玩玩大家而已。地球不行了,火星也长不了。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 '武胜' 的评论 : 是这样,同意你说的,这个定律引申到社会学,物理概念的简单解释就覆盖不了了。很有启发,谢谢。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'dhyang_wxc' 的评论 : 哦,我以前倒没有从这个角度想过,挺新颖,谢谢分享。
武胜 回复 悄悄话 开始读到熵理论时也感沮丧,好像我们珍视的生命和生存环境全都是昙花一现,终归要趋于虚无。但这里有个前提是在有限的封闭系统内。而我们的生存环境随着人们不断的开拓会打破原有的封闭状态,向无限和新的可能发展。这样一看,熵增现象其实在推动人们开拓创新,否则不进则退。

另外熵从物理现象用到生物现象是一个跳跃,用到社会又是一个跳跃,已属猜想而不是科学定理。比如说人人平等和民主是不是熵增?贫富和阶级差距是不是负熵?诸如此类虽然可作类比,但已难于用热力学概念来简单解释。
dhyang_wxc 回复 悄悄话 回复 '越吃越蒙山人' 的评论 :

我的理解,用比喻来说,平衡态像个大陆,先前这些很厉害的人,还都认为非平衡的那些东西,比如说生命,只是涨落,落下来回到大陆。

后来发现还有自组织的孤岛,远离低能量平衡,却仍然保持相对来说时间很长的平衡,但需要从周围吸取东西维持。

这个孤岛,关掉它需要吸取的,有些又能想办法找到另外的一种,保持稳定。叫自适应。

这个大概可以称为生命了。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'dhyang_wxc' 的评论 : 谢谢
dhyang_wxc 回复 悄悄话 回复 '越吃越蒙山人' 的评论 :

这个三角没听说过。刚略查了一下,没懂。

耗散结构和自组织可以查wiki。
越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'dhyang_wxc' 的评论 : 你说的是Spreng三角吧?本来想探讨一下,后来觉得背景知识不足就没敢展开。看来城里乌泱泱的人流中,也藏有有识之士啊。
dhyang_wxc 回复 悄悄话 这个后来是耗散结构和自组织描述的东西。老薛挺超前。
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