《熵;耗散结构》文摘/《从混沌到有序》-

2007-02-05  育则维善...

《熵·耗散结构》文摘

                   【育则维善】余言 摘编

“熵”(Entropy)这一中文译名是意译而来的。1923年,德国物理学家普朗克来中国讲学,我国物理学家胡刚复作翻译,苦于无法将“Entropy”这一概念译成中文。他根据“Entropy”为热量与温度之商,而且这个概念与“火”有关,就在“商”上另加火旁,构成一个新字“熵”。

美国当代著名社会学家里夫金和霍华德1981年出版了《熵:一种新的世界观》,从热力学第二定律出发,对熵这一物理概念作了哲学阐释,论述了政治、经济、教育、宗教等诸多领域的许多重大问题,在西方学术界引起震动。

《熵:一种新的世界观》

热力学关于熵的概念揭示了热传递的不可逆性,即热量总是自发地从高温热源向低温热源流动,而不是相反。本文从热力学第二定律出发,将熵的观念引申到能源、环境等领域,对当今世界普遍关注的能源危机、环境污染问题表示了深深的忧虑。

能量的耗散意味着熵的增加,“熵的增加就意味着有效能量的减少” …能量虽然不能被消灭,但它在转化中却能耗散,从“‘有效的’或‘自由的’能量”变成“‘无效的’或‘封闭的’能量”,我们会因此“得到一定的惩罚”,这个惩罚就是熵的增加。因为“熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位”。

从“民谚”中体会热力学第二定律的涵义,增强一些感性认识。

1.“你不可能不劳而获”意为:任何收获总是要消耗一定能量的,没有赋出就不会有收获。而被消耗的能量,就不能再用来做功了。高楼夷为平地后,不可能自己再拔地而起;水从水坝上流到坝底,不可能自己再返回坝上。要想重新做功,就要消耗新的能量,所以熵”总是持续增加的

2.“覆水难收”意为:事物处于凝聚状态,就有了势能;一旦分散开来,就再也不能自动回到凝聚状态。餐具在使用中,由于磨损,金属分子不断离开餐具,最终“零零星星地散失在土地里”。虽然它们依然存在,但已不能作为成块的金属被有效地使用了。

3.“天网恢恢,疏而不漏”是《老子》第七十三章中的话,原意为天道像一张大网,广阔无边,稀疏却不会有一点漏失。后来常用来比喻国家的法网虽宽,却不会漏掉一个坏人。在本文中,这句话意为:自然界虽然广大无边,但也从不疏漏。用课文中的原话来说,就是“每当能量从一种状态转化到另一种状态时,我们会‘得到一定的惩罚’。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。” 

从负熵到“负熵论”

负熵是十分积极的东西。有机体就是赖负熵为生的。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。”

如果有一种机构,它是一个开放系统,能够不断地从外界获得并积累自由能,它就产生负熵了。生物体就是这种机构。动物从食物中获得自由能(或负熵),而绿色植物则从阳光中获得它们,这真是“生物赖负熵为生”

熵与信息

广义也可以说是我们对事物运动状态的不肯定程度(不定度),这事实上就是信息论和控制论中关于熵的概念

当我们得到足够的信息后所消除的关于事物运动状态的不肯定性程度,或者说所消除(或减少)的熵,可以叫做负熵,也就是信息量.

信息量所表示的是体系的有序度、组织结构程度、复杂性、特异性或进化发展程度。这是(无序度、不定度、混乱度)的矛盾对立面,即负熵。

 

耗散结构理论

 

耗散结构是指在远离平衡的条件下,借助于外界的能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构,它随着外界的输入而不断地变化,并能进行自组织,导致体系本身的熵减少。

生物系统和社会系统都不是热力学的耗散结构而是信息系统,只有广义的、信息论的负熵概念才是它们共同统一的因素。耗散结构与负熵的研究如果能够与信息论和控制论的研究结合起来,就有可能出现新的突破。 

对于耗散结构,输入的负熵也是与输入的能量成正比的。但对于信息系统,输入的信息与输入的能量之间却不存在这种比例关系。例如一部收音机或电视机,它输入的信息是通过天线接收的电台或电视台的载波信号,信号的强弱与信号本身包含的信息量不成比例关系。输入信号的信息量与电源供给的电源之间也不存在比例关系。这里,从电源输入的是热力学的负熵,而从天线输入的是信息论的负熵。系统内部的有序化,例如显像管屏幕上图像的有序化或喇叭声频振动的有序化,也可以用信息论的负熵来描述。这种有序化虽然要以电源的热力学负熵输入作为先决条件,但两者之间却并不存在因果关系。从天线输入的信息论负熵才是产生这类信息系统内部有序化的原因。正如人脑活动的有序化与吃饭(供应能量或热力学的负熵)之间不存在因果关系一样。

负熵论——一个未来的新学科

 信息论的负熵概念较热力学的负熵概念含义要广,而且具有普遍性意义,可以称为广义负熵。广义负熵给许多不同学科提供了一个共同的、统一的词汇,这就有助于为这些不同学科建立一套共同的语言,促进它们的相互渗透和相互丰富,从而实现普里高津提出的广义有序化(实际上就是广义进化)的大统一的目标。这个大统一性质的未来的新学科,我们是否可以称之为“负熵论”呢?我们不妨先给这个未来的新学科译一个外文名:将negentropy(负熵)这个词的词尾-y改为表示学科的词尾-ics,就成为negentropics(负熵论)

负熵意味着进化发展。因此,负熵论也就是广义进化论

“只要我们称之为科学知识的那种对事物的性质的有限揭露还在进行,它就会越来越有力地使人相信,不仅植物界,而且动物界;不仅生物,而且地球的整个结构;不仅我们的行星,而且整个太阳系;不仅我们的恒星及其行星,而且作为那种遍及于无限空间并持续了无限时间的秩序的证据的亿万个类似星体,都在努力完成它们进化的预定过程”。生物进化、宇宙进化、耗散结构、信息系统、自动控制系统……,它们都能产生有序化,这就是广义进化。可以说,负熵论(广义进化论)是关于整个自然界进化发展的带有普遍性意义的综合性理论体系。

 

             从混沌到有序 http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/readtime.htm

伊·普里戈金 著

《从混沌到有序》是比利时著名科学家、诺贝尔奖金获得者伊·普里戈金(IlyaPrigog-ine)教授和他的学生、同事伊·斯唐热(Isabelle Stengers) 博士合写的一本关于当代自然科学哲学问题的著作

序:人与自然的新对话

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/序.htm

第1编 宇宙的幻象1理性的胜利

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第1编%5B1%5D.htm

第1编 宇宙的幻象2现实的同一

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第1编%5B2%5D.htm

第1编 宇宙的幻象3两种文化

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第1编%5B3%5D.htm

第2编 复杂性的科学4能量和工业时代

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第2编%5B1%5D.htm

第2编 复杂性的科学5热力学的三个阶段

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第2编%5B2%5D.htm

第2编 复杂性的科学6通过涨落达到有序

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第2编%5B3%5D.htm

第3编 从存在到演化7重新发现时间

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第3编%5B1%5D.htm

第3编 从存在到演化8学说间的交锋

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第3编%5B2%5D.htm

第3编 从存在到演化9不可逆性——熵垒

http://hg.heut.edu.cn/hgrlxWEB/readtime/read/第3编%5B3%5D.htm

译者的话

 

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