熵 的 意 义

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◆◆1865年,克劳修斯(威廉·汤姆逊,W.Tomsion引入了一个态函数熵:

AdQ

SS0(可逆过程),这一切是那么自然,水到渠成。倒是给S定名,却

0T使克克劳修斯颇感踌躇,煞费苦心。最后考虑到S物理意义与“能”有相近的亲缘关系,在字形上也应相近为好。为此,他用字义为“转变”的希腊字为S命名,其德文同音字可写成“Entropie(英文为Entropy,以与能的德文字Energie(英文为Energy)在字形上接近从而定名。

◆◆ 1923年,JR普朗克来中国讲学,著名物理学家胡刚复教授为其翻译时,首次将Entropy译为熵,渊源于Entropy这个概念太复杂,况且Entropy为克劳修斯所造,不容易找到一个与此贴切的字。有鉴于此,胡先生干脆舍难从

dQ

易,想了一个简单的方法,根据公式dS,认为S为热量与温度之商。而且

T比概念与火有关(象征着热),于是就在商字上加火字旁来表达字义的特色,相当贴切,又颇为形象地表达了态函数Entropy物理概念。也正因为此,“熵”被广泛采用,流传下来,为浩瀚的汉文字库中增加了一个新字。

◆◆自从1865年德国物理学家克劳修斯引入熵的概念以后,它曾经引起过多年的混乱和争议。熵的统计解释主要是奥地利物理学家玻尔兹曼的功劳。玻尔兹曼在统计物理方面的贡献为分子、原子观念奠定了基础,他本人却因此受到学术界中保守势力的攻击。玻耳兹曼于1906年在忧郁中自杀死去。至今在维也纳大学校园绿草如茵的树丛中,人们可以看到一座没有装饰和铭文的坟墓。在玻耳兹曼的胸像下面刻着一个简短的公式

SklnW

这就是熵的统计解释:W是一个宏观状态对应的微观状态总数。如果Tok时,只有唯一的能量最小的微观状态得以实现,那么熵也就等于零。在热力学平衡态,熵达到最大值,因为它对应的微观状态数W最大,平衡态是概率最大的状态。



◆◆一个新的物理概念提出,开始总是糊里糊涂,还会遭到来自各方的非议,要承受许多压力。当然在后来,慢慢的深化。今天熵对我们来说已不是一个陌生的概念,而它本身的概念还在发展,生物界吸收外界负熵,使生命体得以维持,人死亡最后分解成分子原子达到熵最大的状态,人们都想活得久些,多吃营养品,从而获得负熵,使人体的熵减小,但最终人还是会死亡。今天信息熵和耗散结构等概念已被许多学科广泛采用。

孤立系统的熵增加,外界引入负熵就会使系统熵减少:


dSdiSdeS

dQ1dQ2

0 TT

就人体本身来说,由于人体内部的生物化学反应,不断地产生热量dQ10熵是增加的;由于人体与外界有一个温差,热量不断从身体内部流走dQ20所以外界给人体提供了负熵,这就使得人体能够维持生命延续的非平衡过程。想地球的生命圈也是如此。

人散热产生负熵,地球散热产生负熵,生物才能生长。大家可以思考,为什么地球上会有生命,就是因为太阳照射散热的结果。为什么人会活着,也是因为吃了食物生热而散热的结果。

◆◆ Sklnw

信息熵也有类似的定义,信息熵越大,信息量越多,信息熵越小,信息量就越少。如果信息编码都是1,则概率就是1,信息熵为0;如果信息编码都0,则概率也是1,信息熵为0,所以熵是无序性的量度,熵的大小描述了信息量的大小。


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