熵增人类社会发展论文自然之路论文Word文档下载推荐.docx

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一滴墨水可以染黑一盆清水；

一缕花香可以溢满居室，这类自然现象我们叫扩散。

实验证明，一切的扩散过程总是从高浓度区域向低浓度进行的。

扩散的过程也是自然的，不可逆的。

如果我们把高浓度和低浓度区域看成一个封闭的系统，那么系统内的变化就是从高低有序到平衡无序的变化。

我们再来看一下热传递的方向性。

高温物体a和低温物体b的接触，我们会发现，在自然的情况下热量总是从高温物体向低温物体传递的，其结果就是a物体的温度降低和b物体的温度升高，最终是a、b同温，即热平衡。

如上，我们也可以把a、b看成是一个系统，那么热传递的方向就是：

从温度的高低有序到热平衡无序的变化。

事实上，一切自然过程都是按从有序向无序方向进行的。

一百多年前的物理学家，经过大量的实验研究，总结出热力学第二定律，也就是熵增原理，指明了一切自然过程的方向性。

熵增原理最经典的表述是：

“绝热系统的熵永不减少”，近代人们又把这个表述推广为“在孤立系统内，任何变化不可能导致熵的减少”。

所说的熵是一个描述系统状态的重要物理量，简单地说熵就是系统内混乱和无序的度量。

熵值越大，混乱无序的程度越大。

其实是克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念（s＝q/t），而后波尔兹曼又从微观角度提出熵概念（s＝klnw），当然两者是相通的。

孤立系统指的是系统和外界没有物质和能量的交换。

熵增原理的提出引起了世界的震惊。

熵不仅用于物理学，而且适用于其他自然科学，甚至于在社会科学中也被广泛地使用。

美国颇有声望的著作家、社会活动家里夫金所撰写的一部引起西方学术界普遍震惊的著作《熵，一种新的世界观》，作者在书中阐明了一种新的社会历史观。

宣称：

随着全球性能源危机的临近，现在盛行的牛顿的机械论世界观行将消亡。

取而代之的是熵的定律，即热力学第二定律。

作者给予了这个定律以哲学的意义，认为作为自然界最高定律的熵定律，其作用在社会历史中也无所不在。

多年来的实验研究，确实证明了熵增原理的正确性。

比如在自然科学领域，化学反应是按熵增的方向进行的；

在生命科学领域，动植物的生命发展是按熵增方向进行的；

在社会科学领域，人类社会的发展进步是按熵增方向进行的。

二生命与熵

生命过程则毫无例外地是向着熵增加的方向变化的，每一个生命个体最终都将走向衰老、死亡，再被自然所降解，从有序到无序，这与熵增原理是一致的。

但个体的生命过程还存在发育、分化、成长的阶段，生命系统也是由简单到复杂、由低等向高等进化的，生物机体内部总是维持着高度的结构有序，体内的各种生化反应都定时、定位、定量地发生，受到严格的控制。

如何解释生命这种现象？

它是不是与熵增原理相矛盾？

热力学第二定律还揭示了：

局部的有序是可能的，但必须以其他地方的更大无序为代价。

人生存，就要能量、要食物，这些都要以动植物的死亡（熵增）为代价。

实际上生命系统是一个开放系统，其熵变可以分为两部分：

熵产生与熵交换。

熵产生是由于系统中不可逆过程引起的，总为正值；

熵交换是系统与环境之间由于物质和能量的交换而引起的，可为正、为负或为零。

两者之和决定了系统的总熵变。

熵是物质的一种属性，可将物质区分为高熵和低熵物质。

生命的基本特征是新陈代谢，从熵的角度看新陈代谢实际上是生命体汲取低熵、排出高熵物质的过程。

动物体摄取的多糖、蛋白其分子结构的排列是非常有规则的，是严格有序的低熵物质，而其排泄物（二氧化碳、尿、汗等）却是相对无序的，这样就引进了负熵流，系统的熵将减少。

当系统的总熵变小于零时，生命处在生长、发育的阶段，向着更加高级有序的结构迈进。

当总熵变为零时，生命体将维持在一个稳定、成熟的状态，而总熵变大于零的标志则是疾病、衰老。

疾病可以看作是生命体短期和局部的熵增加，从而引起正常生理功能的失调和无序，治疗则是通过各种外部力量（药物、手术、饮食、保健等）干预机体，促进吸纳低熵、排出高熵。

三熵增与宇宙热寂

克劳修斯于1865年将热力学第二定律推广到宇宙，得出宇宙熵趋于极大值，并于1867年正式提出热寂说，认为：

“在一切自然现象中，熵的总值永远只能增加而不能减少。

于是到处不断进行的变化过程，由此可以认为：

宇宙的熵趋于极大。

宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。

”这就是热寂说。

“热寂说”是哲学上长期争论不休的一个问题，也是物理学上无法直接验证的问题。

我们需要思考的是：

从物理学研究总结的个体经验是否可以无边的推广到宇宙。

其实热力学第二定律并非普适定律，它只适用于具有两个前提条件的系统：

一是：

系统必须是孤立的，与外界没有物质和能量的交换；

二是：

系统必须“从一个有序的状态启始”（《时间简史续编》，霍金著，第163页）。

因为按照热力学第二定律的论断，系统一旦热平衡，就熵寂了，不再有任何活动。

这两个前提条件都必需一应具备，缺少其中的任何一个，热力学第二定律都不适用。

宇宙是否兼具这两个前提条件？

首先，人们必须确定宇宙是否是一个孤立系统，即使宇宙是孤立的系统，它也可能不符合热力学第二定律所设定的必备的第二个前提——源于有序。

因为宇宙的起源可能就是热平衡态。

就人类目前研究来看，这两点都是无法确定的。

也就是说，宇宙的将来是否热寂，现在没有定论，只有争论。

如果按照现在比较流行的大爆炸理论，也许“热寂”只是宇宙轮回过程中的一个“节点”。

大爆炸理论认为：

早期的宇宙充满了同源同性的物质，其温度、压强、能量都极高。

随着膨胀和冷却，宇宙物质经历了相变，相转变引起宇宙产生指数级增长，称为暴胀。

之后暴胀停止，此时宇宙的物质形式是夸克—胶子等离子体，这些物质的运动都符合相对论。

宇宙继续在空间上膨胀，温度继续下降。

在某一温度下，一种至今未知的所谓重子相变的相变产生，夸克和胶子组成重子，就是质子和中子。

随着温度进一步降低，更多无对称的相变发生，形成了现在的基本粒子和基本相互作用。

之后，一些质子和中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做太初核合成。

最终，形成现在这样的宇宙。

现在的宇宙并没有停止发展，宇宙会在膨胀到最大体积之后收缩，在收缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——一个致密致热的小球。

而宇宙的温度会趋近于绝对零度。

黑洞被气化，宇宙的熵会增加到极点，再也不会有组织的能量形式产生，这叫做热寂说。

接着就是宇宙开始新的一轮轮回。

四信息熵

对于扩散运动，按照熵增原理，其结果就是达到平衡。

而当想逆行时，就必须施加外界的影响。

麦克斯韦设想，用隔板隔开的两个盒子内盛有相同温度的气体，隔板上开一小孔，小孔上装一扇可以自由开合且无摩擦的小门，小精灵把门。

它只允许快速的分子从左盒进入右盒；

只允许低速运动的分子从右盒进入左盒。

因此，如果存在这种小精灵，就能使分子动能高的分子从左盒转移到右盒，形成左右温差，建立秩序，实现熵的自发减少，从而似乎推翻了热力学第二定律。

这就是著名的麦克斯韦妖。

我们假想一下，用人来代替这些进行交换的分子，扩散运动是可以从无序到有序的。

那么人和那些分子到底有什么本质的区别呢？

其实人就是一个高度有序的生命体，这种生命体和外界的交换不仅仅是物质和能量上的交换，还有信息上的交换。

为此，著名的信息学理论的创始人香农提出了信息熵的观念。

信息熵是用于度量信息量的一个概念。

一个系统越是有序，信息熵就越低；

反之，一个系统越是混乱，信息熵就越高。

所以，信息熵也可以说是系统有序化程度的一个度量。

信息的运用等于熵的减少。

麦克斯韦妖正是利用信息来判断区别分子的。

而人类对于信息的运用，不会比妖差多少，其实还有许多动植物都有信息的利用能力。

所以系统的熵变（ds）应该包含物质能量交换引起的熵变（ds1）和信息交换引起的熵变（ds2）以及系统体内自发熵变（ds3）。

（ds）＝（ds1）＋（ds2）＋（ds3）

对于一个孤立系统，系统的熵是不会减少的；

但是对于一个开放系统，系统可通过和外界进行物质、能量、信息的交换来减少系统的熵。

生命系统在成长过程中正是和外界的交换来减少系统的熵，从而使生命体完成从简单到复杂、从低级到高级的进化。

也正是因为信息熵的存在，才显示出生命体和无机物的本质不同。

五熵增与社会发展

随着社会发展，能量消耗的增大，我们的世界的熵正在不断增大，社会正走向无序，而现在出现的能源问题、环境问题、人口爆炸性增长问题等又恰好印证了熵增的原理。

因此一些持有悲观的社会发展观点的人认为，当我们在开采矿石、生产粮食、加工食品的过程中，耗费了别的物质和能量，部分能量被吸收进了产品，而还有不少能量则浪费掉了。

社会的发展随着经济财富的增多，能量丧失得越多，熵也增加得越多。

熵增加就是有效能量的减少，有效能量使用过后成为无效能量即“垃圾”，人类科学技术的迅速发展正产生出比他“创造”出来的“财富”更多更有害于人类的垃圾。

人类只能减慢熵的增长和延缓走向“热寂”的速度。

因而，人类在以自己的劳动创造商品的价值时，也在增大着地球上的熵。

总有一天，当我们再无能源可用、称之为“热寂”时，人类的文明社会终将走向悲剧化结局。

那时一切自然、生命将销声匿迹，世界再也没有温暖明媚的阳光、清新扑面的微风、波涛起伏的海浪，世界处于一片混乱和无序之中。

总的来说，人类社会的发展是一个衰灭过程。

然而，我们的社会是个开放的社会，为了控制社会的熵增，我们必须行动起来。

我们的社会要不断向前发展，减缓熵增过程，有两个途径：

第一，增大负熵流的输入；

第二，减小系统自身内不可逆增熵流的增大。

就具体行动而言，就是第一，坚持开放，从外界获取物质和能源；

第二，保护环境，减少人类消耗。

就一个国家而言：

开放是一个国家的稳定前提。

例如朝鲜，是一个封闭社会，缺乏外界的负熵（或者是低熵）流入，按照熵增原理，社会必然走向无序，极度的无序，就有可能引起社会的相变（也就是政府的更迭）。

作为政府，为了维护自己的统治，必然想方设法来减低社会的熵。

那就是制定严格的法律，通过法律使社会变得有序，也就是降低熵。

这样，我们又有了“社会熵”的概念。

那么影响或决定我们人类社会发展方向的熵变，应该包括自然熵、信息熵、社会熵等。

社会熵是社会无序程度的度量。

人类社会的发展也是按照熵增的方向进行的。

一定的社会形态持续的时间长短，取决于统治者如何控制社会的熵增。

当然，社会是一定要前进的，正如生命、宇宙一样也许都要“轮回”。

六自然与人

熵增定律从本质来看是一种决定论，而且和我们以前认识的所有定律一样，是一种“单向”定律——它一直就隐藏在自然变化之中，只不过是被人类发现了而已。

既然任何的自然过程都是按照其自身的规律发展的，也就是按照熵增的方向进行的，自然早已把结局当成定数赋予了人类，那么，人类难道就真的无能为力了吗？

人与自然的关系决非简单的“单向”定律就能涵盖，如果把生命统统都看作是一次短暂的化学反应，那一切都将是毫无意义的。

其实人与自然应该是和谐共存的关系。

中国有句古话——知命造命。

人（包括个体和人类）的命运是可以通过后天努力去改变的，所以，问题的关键不在于我们该怎样改变自然，而在于应该怎样看待自然。

是当作一个有机鲜活的“生命”整体，还是当作一堆等待反应的物质材料。

唯物辩证法认为：

世界由物质和意识构成。

任何问题如果回避精神而只谈物质，都将是片面而狭隘的。

即便是从熵增原理出发，自然是按照熵增的方向进行的，但是人类可以影响熵变的。

更何况，我们还有信息熵、社会熵，都可以用于控制自然的熵变。

再说，自然的方向是不可逆的，是指在自发的情况下。

其实只要通过人力就可以改变自然的方向，不过，我们改变的只能是局部的、个别的自然方向，这种局部或者是个别的改变，将以牺牲全局的熵变为前提。

例如，空调的使用，就可以使热量从低温物体传给高温物体。

它带来的仅是局部生存的舒适，但是它给整个自然界带来的是灾难。

人类生于自然，长于自然，我们可以改变自然，但是在改变自然之前，应该好好考虑。

现在我们经常谈论的可持续发展，也许就是人类社会发展的正确之路。

参考文献

［1］黄淑清等.热学教程（第二版）［m］.北京：

高等教育出版社，1994

［2］汪志诚.热力学统计物理（第三版）［m］.北京：

高等教育出版社，2003

［3］伊普里戈金、伊斯唐热.从混沌到有序［m］.上海：

上海译文出版社，1987

［4］刘志国.熵增加原理的微观本质与适用范围［j］.株洲师范高等专科学校学报，1999（12）