熵

百科名片

　　　　按照一些后現(xiàn)代的西方社會學(xué)家觀點(diǎn)，熵的概念被其移植到社會學(xué)中。表示隨著人類社會隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及文明程度的提高，社會“熵”——即社會生存狀態(tài)及社會價值觀的混亂程度將不斷增加。按其學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，現(xiàn)代社會中恐怖主義肆虐，疾病疫病流行，社會革命，經(jīng)濟(jì)危機(jī)爆發(fā)周期縮短，人性物化都是社會“熵”增加的表征。　　如今年多次獲諾貝爾文學(xué)獎提名的托馬斯．品欽在大學(xué)畢業(yè)之后發(fā)表在雜志上的短篇小說《熵》，即闡釋了熵的社會學(xué)概念。這篇小說將熱力學(xué)的第二定律運(yùn)用到對人類社會的描述上，其敏感性令人大吃一驚。所謂的熱力學(xué)第二定律，指的就是孤立系統(tǒng)熵恒定的定律。熵指的是物質(zhì)系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)，在整個宇宙當(dāng)中，當(dāng)一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化成另外一種物質(zhì)之后，不僅不可逆轉(zhuǎn)物質(zhì)形態(tài)，而且會有越來越多的能量變得不可利用。也就是說，大量人類制造的化工產(chǎn)品、能源產(chǎn)品一經(jīng)使用，不可能再變成有利的東西，宇宙本身在物質(zhì)的增殖中走向“熱寂”，走向一種緩慢的熵值不斷增加的死亡。眼下人類社會正是這個樣子：大量的產(chǎn)品和能源轉(zhuǎn)化成不能逆轉(zhuǎn)的東西，垃圾越來越多，人類社會逐步地走向一個惡化的熱寂死亡狀態(tài)。托馬斯．品欽后來主要的小說多次地、不斷地闡釋著這個熵的世界觀。

應(yīng)用

熱力學(xué)

　　熵在熱力學(xué)中是表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，通常用符號S表示。在經(jīng)典熱力學(xué)中，可用增量定義為dS＝(dQ/T)，式中T為物質(zhì)的熱力學(xué)溫度；dQ為熵增過程中加入物質(zhì)的熱量。下標(biāo)“可逆”表示加熱過程所引起的變化過程是可逆的。若過程是不可逆的，則dS＞(dQ/T)不可逆。從微觀上說，熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無序度的量度，系統(tǒng)越無序、越混亂，熵就越大。熱力學(xué)過程不可逆性的微觀本質(zhì)和統(tǒng)計意義就是系統(tǒng)從有序趨于無序，從概率較小的狀態(tài)趨于概率較大的狀態(tài)。　　單位質(zhì)量物質(zhì)的熵稱為比熵，記為s。熵最初是根據(jù)熱力學(xué)第二定律引出的一個反映自發(fā)過程不可逆性的物質(zhì)狀態(tài)參量。　　熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來的規(guī)律，有下述表述方式：　?、贌崃靠偸菑母邷匚矬w傳到低溫物體，不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化；　?、诠梢匀哭D(zhuǎn)化為熱，但任何熱機(jī)不能全部地、連續(xù)不斷地把所接受的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?而不產(chǎn)生其他任何影響（即無法制造第二類永動機(jī)）；　?、墼诠铝⑾到y(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過程總使整個系統(tǒng)的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，使熵增加。熱量dQ由高溫(T1)物體傳至低溫(T2)物體，高溫物體的熵減少dS1=dQ/T1，低溫物體的熵增加dS2=dQ/T2，把兩個物體合起來當(dāng)成一個系統(tǒng)來看，熵的變化是dS＝dS2+dS1＞0，即熵是增加的。　　物理學(xué)家玻爾茲曼將熵定義為一種特殊狀態(tài)的概率：原子聚集方式的數(shù)量?？删_表示為：　　S=K㏑W　　K是比例常數(shù)，現(xiàn)在稱為玻爾茲曼常數(shù)。

科學(xué)哲學(xué)

　　科學(xué)技術(shù)上泛指某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種量（liàng）度，某些物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度。亦被社會科學(xué)用以借喻人類社會某些狀態(tài)的程度。熵是不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測定單位。這個名稱是由德國物理學(xué)家魯?shù)罓柗?#183;克勞修斯〔魯?shù)罓柗?#183;克勞修斯(1822—1888)〕德國物理學(xué)家，熱力學(xué)的奠基人之一。于1868年第一次造出來的。但是年輕的法國軍官沙迪·迦諾〔沙迪·迦諾(1796—1832)〕一般譯作“卡諾”，法國物理學(xué)家、工程師，在研究熱機(jī)效率的過程中，提出了“卡諾循環(huán)”定理。卻比克勞修斯早41年發(fā)現(xiàn)了熵的原理。迦諾在研究蒸汽機(jī)工作原理時發(fā)現(xiàn)，蒸汽機(jī)之所以能做功，是因?yàn)檎羝麢C(jī)系統(tǒng)里的一部分很冷，而另一部分卻很熱。換一句話說，要把能量轉(zhuǎn)化為功，一個系統(tǒng)的不同部分之間就必須有能量集中程度的差異(即溫差)。當(dāng)能量從一個較高的集中程度轉(zhuǎn)化到一個較低的集中程度(或由較高溫度變?yōu)檩^低溫度)時，它就做了功。更重要的是每一次能量從一個水平轉(zhuǎn)化到另一個水平，都意味著下一次能再做功的能量就減少了。比如河水越過水壩流入湖泊。當(dāng)河水下落時，它可被用來發(fā)電，驅(qū)動水輪，或做其他形式的功。然而水一旦落到壩底，就處于不能再做功的狀態(tài)了。在水平面上沒有任何勢能的水是連最小的輪子也帶不動的。這兩種不同的能量狀態(tài)分別被稱為“有效的”或“自由的”能量，和“無效的”或“封閉的”能量。　　熵的增加就意味著有效能量的減少。每當(dāng)自然界發(fā)生任何事情，一定的能量就被轉(zhuǎn)化成了不能再做功的無效能量。被轉(zhuǎn)化成了無效狀態(tài)的能量構(gòu)成了我們所說的污染。許多人以為污染是生產(chǎn)的副產(chǎn)品，但實(shí)際上它只是世界上轉(zhuǎn)化成無效能量的全部有效能量的總和。耗散了的能量就是污染。既然根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量既不能被產(chǎn)生又不能被消滅，而根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量只能沿著一個方向——即耗散的方向——轉(zhuǎn)化，那么污染就是熵的同義詞。它是某一系統(tǒng)中存在的一定單位的無效能量。

信息論

　　在信息論中，熵表示的是不確定性的量度。信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)在其著作《通信的數(shù)學(xué)理論》中提出了建立在概率統(tǒng)計模型上的信息度量。他把信息定義為“用來消除不確定性的東西”。　　熵在信息論中的定義如下：　　如果有一個系統(tǒng)S內(nèi)存在多個事件S = {E1,...,En}, 每個事件的機(jī)率分布 P = {p1, ..., pn}，則每個事件本身的訊息為　　Ie = − log2pi　?。▽?shù)以2為底，單位是位元(bit)）　　Ie = − lnpi　?。▽?shù)以e為底，單位是納特/nats）　　如英語有26個字母，假如每個字母在文章中出現(xiàn)次數(shù)平均的話，每個字母的訊息量為　　I_e = -\log_2 {1\over 26} = 4.7　　；而漢字常用的有2500個，假如每個漢字在文章中出現(xiàn)次數(shù)平均的話，每個漢字的信息量為　　I_e = -\log_2 {1\over 2500} = 11.3　　整個系統(tǒng)的平均消息量為　　H_s = \sum_{i=1}^n p_i I_e = -\sum_{i=1}^n p_i \log_2 p_i　　這個平均消息量就是消息熵。因?yàn)楹蜔崃W(xué)中描述熱力學(xué)熵的玻耳茲曼公式形式一樣，所以也稱為“熵”。　　如果兩個系統(tǒng)具有同樣大的消息量，如一篇用不同文字寫的同一文章，由于是所有元素消息量的加和，那么中文文章應(yīng)用的漢字就比英文文章使用的字母要少。所以漢字印刷的文章要比其他應(yīng)用總體數(shù)量少的字母印刷的文章要短。即使一個漢字占用兩個字母的空間，漢字印刷的文章也要比英文字母印刷的用紙少。　　實(shí)際上每個字母和每個漢字在文章中出現(xiàn)的次數(shù)并不平均，因此實(shí)際數(shù)值并不如同上述，但上述計算是一個總體概念。使用書寫單元越多的文字，每個單元所包含的訊息量越大。　　I(A)度量事件A發(fā)生所提供的信息量，稱之為事件A的自信息，P(A)為事件A發(fā)生的概率。如果一個隨機(jī)試驗(yàn)有N個可能的結(jié)果或一個隨機(jī)消息有N個可能值，若它們出現(xiàn)的概率分別為p1,p2,…，pN,則這些事件的自信息的和：[H=-SUM(pi*log(pi)),i=1,2…N]稱為熵?！∪缬⒄Z有26個字母，假如每個字母在文章中出現(xiàn)次數(shù)平均的話，每個字母的訊息量為　　I_e = -log_2 （1\26） = 4.7　　而漢字常用的有2500個，假如每個漢字在文章中出現(xiàn)次數(shù)平均的話，每個漢字的信息量為　　I_e = -log_2 （1\2500） = 11.3　　整個系統(tǒng)的平均消息量為　　H_s = sum_（i=1^n）p_i　　I_e = -sum_（i=1^n） p_i * log_2 p_i

生命科學(xué)

　　生命體是一個開放的系統(tǒng)，時刻與外界進(jìn)行著物質(zhì)、能量、信息的交換，符合“耗散結(jié)構(gòu)”，可以用熵來分析一個生命體從生長、衰老、病死的全過程，用“生命熵”來獨(dú)立定義。　　生命熵的內(nèi)容包含生命現(xiàn)象的時間序、空間結(jié)構(gòu)序與功能序，生命熵變就直接反應(yīng)這三個序的程度變化之和。