「熵」定律及其演變

2020-10-04 高山疏水

熵,是用以表示某些物質系統狀態的一種量度,或者是用以描述一個弧立系統中物質的無序程度。

熱力學第二定律指出,宇宙中的熵在不斷增加,意味看越來越多的能量不能轉換為有效能量,於是一切運動過程終將終止,宇宙將走向「熱寂」,難怪人們把熵定律稱為死亡定律。

但「魔高一尺,道高一丈」。生態系統又具有這種反熱寂即反熵能力。開放的生態系統又不斷地與外界交換物質和能量,形成足夠強大的負熵流,從而抑制系統熵不增甚至減少。

熵,作為一種科學理論,其內涵和外延也再不斷拓展、延伸。

一、物理熵。也熵的最初含義。熵的最初含義是熱力第二定律,又稱熵增定律,是指在能量交換中,熱能不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體,不能從單一熱源取熱,使之完全轉換成有用的功,而不產生其它影響即無功消耗。

在熱力學體系中,不能用來做功的熱能可以用熱能的變化量除以溫度所得的商來表示,這個商就叫做熵。

二、信息熵。數學家香農對熵的表述為,熵是用來衡量一個隨機變量岀現的期望值,它代表在被接收前,信號輸出過程中損失的信息量,又被稱為信息熵或信息源熵。

三、生態熵。自然界生態資源系統,是以人類為中心的自然生態系統和社會生態系統的綜合系統,從熱力學觀點看,生態系統中生物與環境中的物、能交換,肯定要引起能量及資源的無效消耗,引起系統熵的增加。但來自太陽負熵的聚集,又給自然資源以大量的負熵貯存。

四、環境熵。是指化工產品生成過程中廢棄物量的一個量度。通過對產品在環境中的毒性行為等綜合評價指標,用以衡量合成反應對環境造成影響的程度,也是環境效益的一個評價指標。定義為,EQ二E、Q,式中E為環境因子,Q為根據廢物在環境中造成的廢物對環境的不友好程度。EQ值的大小,可作為化工生產中選擇生產路線和生產工藝的重要因素。

五、經濟熵。即經濟活動中投入大於產出的那部分差。我國學者王恆君教授,從熱力系統與生產一消費系統的比較中,提出了從熱力熵到經濟熵,經濟熵增源及負經濟熵等理論。

六、政治熵。美國學者蘭德爾、施韋勒從熵與世界政治的軌跡,從當今單極世界的不確定性,揭示了熵的日益增多即:單邊主義,霸凌主義,強權政治的熵在增加,減緩人類和平進程,但公平、正義的負熵依然是人類核心價值觀。

七、文化熵。文化熵是信息技本身產物,信息技術的多樣性形成了文化之熵。信息技術價值的負荷性是形成文化之熵的內因,信息技木的自適應性是解決文化之熵的理性思考。

相關焦點

  • 熱力學三大定律與熵
    熱力學三大定律第一定律:能量是守恆的,可以互相轉化(比如機械能轉化為電能),而不會消失。天平的兩端相平衡;第二定律:然能量可以轉化,但是無法100%利用。在轉化過程中,總是有一部分能量會被浪費掉。考慮到宇宙的能量總和是一個常量,而每一次能量轉化,必然有一部分」有效能量」變成」無效能量」(即」熵」),因此不難推論,有效能量越來越少,無效能量越來越多。直到有一天,所有的有效能量都變成無效能量,那時將不再有任何能量轉化,這就叫宇宙的」熱寂」(Heat Death)。所以,熱力學第二定律的一個重要推論就是:熵永遠在增加。
  • 全球熵ETV 什麼是熵 解析entropy熵的概況 如何理解熵原理與熵增定律
    19世紀 中期德國的著名物理學家和數學家克勞修斯在全世界第一個真正提出entropy熵的概念,克勞修斯是全球公認的熱力學理論奠基人,分子運動理論奠基者。熵是表徵物質狀態的參量之一,物理意義指複雜,無或者混亂的度量。2 如何理解熵原理與熵增定律?
  • 熵:一個傷心傷神的定律!
    熵,描述了像宇宙那麼大,或者像裝滿咖啡的保溫瓶那麼小的系統中,無序是如何發生的。你不能輕易地把牙膏放回牙膏管子裡。你不能指望蒸汽分子自發地遷移回來形成水球。這些都是與熱力學第二定律(也稱為熵定律)相關的問題。
  • 熵一自然界一切定律中的最高定律
    熱力學第一定律是能量守恆定律,第二定律是熵增定律。熱力學第二定律解釋了這個現象。它告訴我們每當能量從一種狀態轉化到另一種狀態時,我們會「得到一定的懲罰」。這個懲罰就是所謂的熵。這樣的現象不是違背了「熵增定律」嗎? 奧地利著名物理學家,量子力學創始人薛丁格於1944年在《生命是什麼》一書中,從物理學家的眼光審視和研究了細胞,最後提出負熵的概念及其與生物生長進化的關係。在這本書中提出了他著名的論斷:「生物賴以負熵為生」。他認為:一個生命有機體是在不斷地熵增,當熵增到最大值的時候,那就是死亡。
  • 熱力學第三定律與物質的規定熵
    熱力學第三定律是在很低的溫度下研究凝聚體系的熵變的實驗結果所推出的結論。它解決了如何通過實驗測求規定熵的問題。  熱力學第三定律有好幾種表述方法,這些表述方法字面上雖然各不相同,但其內容實質具有一定的聯繫和等效性。對熱力學第三定律的一種基本表述為:「不能用有限的手續把一個物體的溫度降到絕對零度」。
  • 熱力學第二定律與熵(後話)
    ——Bertrand Russell隨著熱力學第二定律和熵增定律的提出,科學家認清一個可怕的事實。熱和功在熱力學第一定律中被成功統一,但在第二定律中又劃分出了清晰的界限。一方面熱和功的數量可以相同,但是「品質」並不相同。功轉化成熱是無條件的,而熱轉化成功是有條件的。
  • 如果不控制,事物總是朝著糟糕的方向演變,熵增定律了解一下
    要回答這個兩個問題,我們得從一個定律說起。熵,物理學名詞,指的是混亂度的度量,由英文entropy翻譯過來。熵增定律為:在自然過程中,一個孤立的系統,如果沒有外力做功,總混亂度(即「熵」)不會減小。用通俗的話來說,就是事物總會自發地向混亂、無序的方向發展。
  • 99思維模型:熵一自然界一切定律中的最高定律
    熱力學第一定律是能量守恆定律,第二定律是熵增定律。熱力學第二定律解釋了這個現象。它告訴我們每當能量從一種狀態轉化到另一種狀態時,我們會「得到一定的懲罰」。這個懲罰就是所謂的熵。這樣的現象不是違背了「熵增定律」嗎?奧地利著名物理學家,量子力學創始人薛丁格於1944年在《生命是什麼》一書中,從物理學家的眼光審視和研究了細胞,最後提出負熵的概念及其與生物生長進化的關係。在這本書中提出了他著名的論斷:「生物賴以負熵為生」。
  • 生活中的熵增定律&信息維度的熵減
    前言:前段時間,看到了一篇熵增定律的文章,也算是首次接觸「熵」這個概念吧,不明覺厲,本來是個比較難懂的物理學概念,不過原文生活化的例子還是令我看完了,並且也查了下相關資料,算是對這個概念有了一些些了解吧,結合自己公號主題,分享下,說不定會與某些大神來個更有深度的碰撞。
  • 熱力學第二定律與熵(前語)
    嚴格的熵的定義是由Carnot定理得出的。在Carnot定理中一個可逆循環可以看成由無數個Carnot循環組成,則在這個可逆循環中Clausius定義了一個新的狀態函數稱為熵(entropy),用「S」表示,單位為J/K。
  • 「熵」究竟是個什麼東西?宇宙為何要遵守熱力學第二定律?
    然而科學家們發現,在這些規則中,有一條規則尤為重要,這就是著名的熱力學第二定律,也就是我們所謂的熵增定律!關於熵的問題,想必許多人都聽到過這個字,但卻不了解其中的意義,事實上,在物理學上,熵這個概念的形成也經歷了許多時間!熵是什麼?
  • 【物理定律】熱力學三大定律,你全都知道嗎?
    第二定律指出在自然界中任何的過程都不可能自動地復原,要使系統從終態回到初態必需藉助外界的作用,由此可見,熱力學系統所進行的不可逆過程的初態和終態之間有著重大的差異,這種差異決定了過程的方向,人們就用態函數熵來描述這個差異,從理論上可以進一步證明:  可逆絕熱過程Sf=Si,   不可逆絕熱過程Sf>Si,  式中Sf和Si分別為系統的最終和最初的熵
  • 「熵」與整理收納的關係
    熵定律是科學定律之最,是愛因斯坦的觀點。我們知道能源與材料、信息一樣,是物質世界的三個基本要素之一,而在物理定律中,能量守恆定律是最重要的定律,它表明了各種形式的能量在相互轉換時,總是不生不滅保持平衡的。熵定律是指物理學中熱力學的第二定律。
  • 熱力學第二定律(熵增加原理)
    什麼是熱力學第二定律討論熵之前,我們還需要在知識上做一些準備,本文重點在於介紹熱力徐第二定律。
  • 【待發】宇宙的「熱寂」是指宇宙達到最大熵時的狀態
    宇宙的「熱寂」是指宇宙達到最大熵時的狀態。當所有可用的能量(例如來自熱源的能量)都轉移到能量更少的地方(例如冷源。
  • 熵:道出自然規則的熱力學單位,所以對抗自然規則的你很難自律!
    首先,來介紹一下提出了熵這個單位的克勞修斯。克勞修斯,全名魯道夫·尤利烏斯·埃馬努埃爾·克勞修斯,德國物理學家和數學家,熱力學的主要奠基人之一。他重新陳述了尼古拉·卡諾定律(卡諾循環),把熱理論推至一個更真實更健全的基礎。後來明確指出了熱力學第二定律的基本概念,並引進了熵的概念。
  • 黑洞差點摧毀了時間:只允許以熵增加的方向流動
    原因在於,儘管物理學定律允許這一奇怪的過程像視頻中那樣發生,但由於咖啡杯由許許多多的碎片組成,這一事實意味著它本身不可能自發地重新組裝。這一概念由熱力學第二定律正式確立。該定律告訴我們,作為任何孤立系統的特定度量,熵(S)不會隨著時間推移而降低(但是能增加)。換句話說,熵的變化不可能是負值:∆S≥0。
  • 跟熵有關?
    事物在時間中的發展演變是否有一個可以用物理原理來辨認的方向?這些看似不成問題的問題,已經成為了現代物理學中最核心的未解之謎!每一天中,我們都有成百上千次的機會體驗到,順著時間方向發生的事件和逆著時間方向發生的事件之間的巨大區別。例如,放進咖啡中的奶油攪勻後會變成均質的棕褐色液體,但我們卻從未看到一杯咖啡不經攪拌,自己能分離出白色奶油和黑色咖啡。
  • 熵定律角度:區塊鏈賦能數字經濟丨星際數據
    熵表示一個系統的混亂程度,熵定律證明在孤立系統中,其總混亂度會不斷增大,系統中的無效能量擴大。它揭示了宇宙演化的終極規律,著名天文學家、物理學家、數學家愛丁頓認為熵增原則居自然界所有定律中至高無上的地位,熵定律是所有科學定律的第一定律。薛丁格說:「人活著就是對抗熵增定律,生命以負熵為生。」
  • 黑洞差點摧毀了時間:時間只允許以熵增方向流動
    原因在於,儘管物理學定律允許這一奇怪的過程像視頻中那樣發生,但由於咖啡杯由許許多多的碎片組成,這一事實意味著它本身不可能自發地重新組裝。這一概念由熱力學第二定律正式確立。該定律告訴我們,作為任何孤立系統的特定度量,熵(S)不會隨著時間推移而降低(但是能增加)。換句話說,熵的變化不可能是負值:?S ≥ 0。