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越吃越蒙山人 (熱門博主)
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關於熵,一個沒有想明白的問題

(2024-03-18 07:32:46) 下一個

 

坐在城裏寫這樣的文章,我自己都覺得是吃飽了撐的。而且,寫完後連我自己看著都覺得通篇全像是在說瘋話癡語,成心不讓人明白的樣子。其實,這也是一種不學無術的表現,說話讓人難懂的原因,根本就是自己不是很明白。但還是要寫出來,目的就是想找聰明人能過來指點一下迷津。不過還得再次聲明一下啊,此乃小眾話題,看完後覺得生澀無聊味同嚼蠟者,本山人概不出麵道歉,並同時保留反向指責的權利。

諾貝爾獎獲得者薛定鄂曾經寫過一本篇幅不大的著作叫做《什麽是生命》,這本小冊子我並沒有從頭到尾讀完,隻是以前在看一些寫有關社會進化書的作者不斷地提起,就曾找來把相關章節研讀了一下。非常有意思也非常令人迷惑的是,薛定諤把生命的終結,死亡的時刻,稱作是熱力學平衡靜止狀態的到來。

按照薛定諤的說法,每一個生命的過程,或者事件,發生的情況,不管叫什麽,這些發生在自然界的東西或事件,總會在發生的那個地方讓世界上一個部分的熵增加,而對於這個生命體來說,有一個對它來說的熵的危險狀態,也是最大值,當它一步一步逼近這個狀態時,就是在逼近死亡了。所以,這個生命體就要從所處的環境中攝取負熵。比如,對於人類這個生命體來說,就是從食物那種生存有機體中提取“負熵”。這就是新陳代謝,本來新陳代謝(Metabolism)這個詞在希臘文的原意就是相互交換。

所以薛定諤從統計物理學的角度來看這個問題,說新城代謝的基礎就是,生命有機體成功地把自己從它在活著的時候不得不產生的熵中解脫出來。換句話說就是,生命生來就是和熵這個東西做對的,而熵是以符合熱力學第二定律的原理,包含在能量和物質中,其作用是讓能量和物質揮散以達到熱力學平衡的。這種屬性這在許多情形下,等同於使事情從有序往無序的方向轉化。但這種轉化是有成本的。

物理學家往往會把一個很鮮活的概念給形而上學化。我的理解,薛定諤對這個問題的說來繞去,其實是想解釋這樣一個道理,即(有機體)生命趨向於在自然界或說宇宙中開創一種秩序,而這個秩序的終結平衡於無序。熵這個這個物理學概念,其實不是一個數學公式推導演繹出來的定律,不是一個自然法則。這個定律是一個統計的結果,它說明了在一個封閉的係統中,能量要向無秩序的方向衰退,變成一種less useful的形式,這就給能量的轉換帶來了成本。而這種次等級的能量卻是擁有更高一級的熵。

嗬嗬,太費解了。按照大師們的詮釋,熱力學第二定律以科學的嚴謹和精準說明,任何人不可能什麽都不付出就能得到他所希望的東西。甚至,你都不能打個平手,來一個等價交換。所以,這世間不可能有人能發明出永動機,什麽事情都不可能一勞永逸,什麽東西也都不可能長生不老,永遠興盛。在封閉係統中的有機體生命是如此,在封閉地球文明的環境下,由有機體生命的運作組合出來的社會機製應該也是如此,所以,我猜在這冥冥世界中,它們一定也會遵守一種更為廣義的“熱力學第二定律”,這樣的話,就會有一個危險的熵值在前方毫無聲息地等待著,而我們現在正在經曆或正在目睹的,就是這樣一個社會有機體從有序到無序的必然衰變。因此大家不用著急,現在的很多東西,不管你是喜歡還是討厭,都會從中興走到末路。美國的民主終歸是會死掉的,中國的共產黨終歸也是會死掉的。到時候,這樣的生命或說機製雖然死掉了,可是得到的熵卻是高級的。這恐怕也是值得我們欣慰一下的吧。嗬嗬。

說句不必謙虛的話,我一向以為自己的認知分析能力還是不錯的,一般隻要想學的東西,鮮有讓我不得其解的。可這有關熱力學第二定律的問題,卻著實是煩擾困惑我已近半個世紀之久了,直到現在對它的本真全貌還是沒有完全理解。我第一次聽說熵這個概念,是從高中物理老師的課堂上,當時他是一帶而過,我猜班上是沒人知道他在說什麽呢。不過那時候剛粉碎四人幫不久,中學老師沒幾個業務能力強的,這個老師自己對這個定律明白不明白都是個問題。後來,在大學裏上過一門大課《基礎物理》,這應該是工科生必選課之一吧,我這才稍微明白了一些有關熵的表麵定義。說起來,那已經是整整四十五年前的事情了。

 
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閱讀 ()評論 (19)
評論
中間小謝 回複 悄悄話 熵增衹是數值增大了,衹是一種方便的度量方式而已,並沒有什麽事物變高級了的涵義。
山人兄有興趣可看看這幾個汝管視頻:

Veritasium, 不錯的介紹: https://youtu.be/DxL2HoqLbyA?si=icJdAvZNRIF1bHFg

Hossenfelder, 課本之外的反思:https://youtu.be/89Mq6gmPo0s?si=LauN1vJKd60ox3rJ


Fridman with Wolfram,我跳著看了一部分,有趣的想入非非,有時間也可看看:https://youtu.be/cPfbGA_hNVo?si=DsGZOnDwbLCgwDLQ

Lacedaemon 回複 悄悄話 地球有太陽持續不斷地輸入巨大能量,因此地球完全不是個封閉的係統。太陽的輻射是地球有序的源泉。但整個太陽係情況就不同,可以視為準封閉係統,隨後會終於熱寂
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'beyond_peace' 的評論 : 謝謝分享心得。impressive。
beyond_peace 回複 悄悄話 回複 '越吃越蒙山人' 的評論 : 不同層次的係統 規律 不一樣,好比 粒子物理的 公式 等等 沒法 來 解釋 凝聚態物理(比如半導體, 材料物理) 的規律,然後 化學 生物 又 是 更 大 更複雜 的體係。這個 序 在 不同 層次 也可以又不同定義。 maybe can take a look of P W Anderson's More Is Different 當然 有時候 大家 會 借鑒一些物理規律 來 描述 社會學的事情,但是 社會學 心理學 的 科學濃度 有待商榷
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '遠處的故鄉在夢裏' 的評論 : 嗯,你說的也是一種擺脫困惑的辦法。
不過那些經典物理中的概念比較容易理解。你說的那幾個例子,除了貓,我以前都寫文談論過。謝謝留言
遠處的故鄉在夢裏 回複 悄悄話 現在的事不能太認真了。讀了愛因斯坦所謂月亮不存在說和薛定諤的貓,感覺這些理論一開始就不打算讓人們理解的。數學物理的基礎理論百年來沒有突破,科學家需要找些事做,隻能與不驚人誓不休。而且煞有介事,比如光的雙縫實驗。如果把物理當哲學來理解,就不會頭痛了。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'baladirk' 的評論 : 這本書我會感興趣。謝謝推薦
baladirk 回複 悄悄話 最近買了一本書, “Entropy: A New World ViewBook by Jeremy Rifkin”。對於“熵 entropy\"在社會科學中應用感興趣的值得一讀。
baladirk 回複 悄悄話 這篇博文有深度。沒學過物理/化學的人肯定不敢興趣。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'cager812' 的評論 : 是這麽回事哈。
cager812 回複 悄悄話 這些東東看著想想是很有趣的,對你眼前的日子沒有影響。再說像恐龍在地球上噴嚏了2億多年也玩完了,人類隻玩了7-8百萬年,不過也快玩完了。地球的壽命大概40-50億年吧,可能。馬斯克就玩玩大家而已。地球不行了,火星也長不了。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 '武勝' 的評論 : 是這樣,同意你說的,這個定律引申到社會學,物理概念的簡單解釋就覆蓋不了了。很有啟發,謝謝。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'dhyang_wxc' 的評論 : 哦,我以前倒沒有從這個角度想過,挺新穎,謝謝分享。
武勝 回複 悄悄話 開始讀到熵理論時也感沮喪,好像我們珍視的生命和生存環境全都是曇花一現,終歸要趨於虛無。但這裏有個前提是在有限的封閉係統內。而我們的生存環境隨著人們不斷的開拓會打破原有的封閉狀態,向無限和新的可能發展。這樣一看,熵增現象其實在推動人們開拓創新,否則不進則退。

另外熵從物理現象用到生物現象是一個跳躍,用到社會又是一個跳躍,已屬猜想而不是科學定理。比如說人人平等和民主是不是熵增?貧富和階級差距是不是負熵?諸如此類雖然可作類比,但已難於用熱力學概念來簡單解釋。
dhyang_wxc 回複 悄悄話 回複 '越吃越蒙山人' 的評論 :

我的理解,用比喻來說,平衡態像個大陸,先前這些很厲害的人,還都認為非平衡的那些東西,比如說生命,隻是漲落,落下來回到大陸。

後來發現還有自組織的孤島,遠離低能量平衡,卻仍然保持相對來說時間很長的平衡,但需要從周圍吸取東西維持。

這個孤島,關掉它需要吸取的,有些又能想辦法找到另外的一種,保持穩定。叫自適應。

這個大概可以稱為生命了。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'dhyang_wxc' 的評論 : 謝謝
dhyang_wxc 回複 悄悄話 回複 '越吃越蒙山人' 的評論 :

這個三角沒聽說過。剛略查了一下,沒懂。

耗散結構和自組織可以查wiki。
越吃越蒙山人 回複 悄悄話 回複 'dhyang_wxc' 的評論 : 你說的是Spreng三角吧?本來想探討一下,後來覺得背景知識不足就沒敢展開。看來城裏烏泱泱的人流中,也藏有有識之士啊。
dhyang_wxc 回複 悄悄話 這個後來是耗散結構和自組織描述的東西。老薛挺超前。
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