熵流

熵是广延性参数，因此系统与外界交换物质将引起系统熵的改变，即质熵流；另外根据克劳修斯不等式，系统与外界发生热量交换也会造成系统熵的变化，即热熵流。

在开口系统微分形式熵方程中，质熵流和热熵流的物理意义很明确，系统的熵变等于熵流（包括质熵流和热熵流）与熵产之和。方程为：

式中为系统总熵变化；为质熵流，为输入系统的物质带入系统的熵、为离开系统的物质从系统中带走的熵；为热熵流的代数和，是系统换热量与热源温度的比值，是系统与外界换热引起的系统熵变，系统吸热为正，系统放热为负，过程绝热为零，与过程是否可逆无关；是熵产（见图）。

熵平衡方程推导

生物中的负熵流简称生物体的负熵，是指生物体在生物过程中，造成生物体熵的减少。生命运动中广泛包含若干复杂的热运动，热力学的基本原理同样适用于生命运动。按照热力学第二定律，任何自发过程总是朝着熵增大的方向进行，对于孤立系统，它的熵总要达到其最大值。从物理意义上理解，孤立系统是由有序向无序发展的，最终达到状态平衡。但是，按照达尔文的进化论，对于生命物质来说，从简单、低等的无生命物质变为复杂、高等的有生命物质。在这个过程中，构成生物体的生物化学物质的高度有序。换句话说，生物进化是向着有序、熵减少的方向发展的。

表面看来，生命进化过程中内部熵降低，有悖于热力学第二定律。但是这种想法忽略了生物体是开放的体系，与外界进行着质、能的交换，其熵变取决于两个部分：一部分来自与外界的交换，即熵流（包括质熵流和热熵流）；另一部分来自体系的内部，由体系内部的化学反应、扩散等不可逆过程产生的恒大于零的熵产。要使生物体能健康生存、发展、进化，必须使其熵变小于或者等于零。生物体通过不断地从外界补充“秩序”，即“负熵流”，使生物体的熵不断减少，使生物体更加有序，从而保证了生物体的生存与进化。例如，高等动物食用低熵的食物，排出高熵的排泄物，从而使动物体内的熵减少。如果把生物孤立起来不与外界联系，没有“负熵流”输入，则“熵产”越积越多，体系就越趋于混乱，终将死亡。因此，生物在生命活动中从周围环境中不断地吸取负熵，以维持生存和进化。生命体是开放的、不可逆的非热力学平衡体系。平衡态是无序的，而非平衡态是有序的，这与热力学第二定律一致，也符合熵增原理。奥地利科学家E.薛定谔（Erwin Schrödinger，1887～1961）于1943年在《生命是什么？》一书中，生动地用“生命赖负熵为生”这一句名言精辟概括生命现象中的热力学。但是估算一个生物体内的熵是困难的，法国L.M.布里渊（Louis Marcel Brillouin，1854～1948）曾说：“生命机体的熵含量是一个毫无意义的概念。”E.薛定谔也在书中进一步指出：“我们不可能用物理定律去完全解释生命物质，因为生命物质的构造同迄今物理实验过程中的任何东西都不一样。”