熵

一、熵的概述

在密闭条件下，体系有从“有序”自发地转变为无序的倾向。所以用熵（S）来量度这种混乱或无序的程度。

二、关于熵增原理

在与外界隔离的体系中，自发过程导致体系的熵增大，即熵变大于零。这个原理即为熵增原理。由此可以得出克劳修斯和开尔文的热力学第二定律，即

热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。

或

不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。

所以系统中所有物质的状态从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。

三、熵的应用

1、在物理学中的应用——吉布斯自由能

ΔG=ΔH－TΔS （KJ/mol)

<0反应以不可逆方式自发进行

=0 反应以可逆方式进行

>0 不能进行

等温等压下体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。

任何等温等压下不做非体积功的自发过程的吉布斯自由能都将减少。

2、在统计学中的应用

波尔兹曼在研究分子运动统计现象的基础上的公式：

Ｓ＝ｋ×ＬｎΩΩ为系统分子的状态数，ｋ为玻尔兹曼常数。

这个公式反映了熵函数的统计学意义，它将系统的宏观物理量Ｓ与微观物理量Ω联系起来，成为联系宏观与微观的重要桥梁之一。由此可以得出结论：系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度，系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大的状态转变，这就是隔离系统“熵增原理”的微观物理意义。

3、信息论

在信息论中，熵表示的是不确定性的量度。信息论的创始人香农在其著作《通信的数学理论》中把信息定义为“用来消除不确定性的东西”。

可以计算的平均消息量就是消息熵。因为和热力学中描述热力学熵的玻耳兹曼公式形式一样，所以也称为“熵”。

如果两个系统具有同样大的消息量，如一篇用不同文字写的同一文章，由于是所有元素消息量的加和，那么中文文章应用的汉字就比英文文章使用的字母要少。所以汉字印刷的文章要比其他应用总体数量少的字母印刷的文章要短。即使一个汉字占用两个字母的空间，汉字印刷的文章也要比英文字母印刷的用纸少。

实际上每个字母和每个汉字在文章中出现的次数并不平均，因此实际数值并不如同上述，但上述计算是一个总体概念。使用书写单元越多的文字，每个单元所包含的讯息量越大。

四、我对熵的理解

大概熵对于我们的日常生活来讲，也许里的太遥远。但实际情况并非如此，我们做饭的时候将许多如油盐酱醋的作料放入锅中，增大了饭菜的熵值，却也达到了我们食用的目的。再比如，如上文所言，我们可以应用熵于统计学中，来达到精密处理的目的。

但从我的角度看来，熵对于我们来说，它的研究价值远小于它的实用价值。我更愿意把熵看作一个哲学概念。熵的增加导致了混乱，更导致了多元文化和社会的产生。不能不说，我们当今的社会也正顺应着这种趋势发展前进。外来文化的入侵使社会的构成和性质发生了很大变化，这也就促使我们结合那些可以值得借鉴的东西，把自己的优势发挥到最大.所以熵在这方面符合了发展的规律。

再说说其他的理解，宇宙爆炸导致了宇宙的产生，那大概也与熵有关。最初的宇宙是一个整体，熵值可以看作零，而在分裂的过程中，爆炸使熵值不断的增大，更加快了宇宙的形成，由此印证了宇宙爆炸学说的合理性。

我们现如今一直谈论的生态环保问题也可以应用这一理论来支持。有人说地球上的物种被人类不断灭绝是一种很合理的行为，是一种物种之间的良性竞争。但是，生物的种类是一个庞大的整体，如果我们毁灭了任何一种，其他生物多多少少也要受到牵连，物种的减少导致熵的降低，实际上违背了自然的规律，因此保护地球的生态，刻不容缓。

应用于政治文化生活中，熵同样有它的效果。举个例子，春秋战国年间，百花齐放百家争鸣，是中华文化最繁荣的一段时期。儒家、道家、墨家、法家、阴阳家、纵横家在当时互相竞争，也互相弥补对方的不足。我们现在渴望学习那时候文化的精髓，其实不如让现在的社会更加开明，所有人参与到建设中来，那样的效果也许会更好。

总之熵在我们的生活中应用极为广泛，相信如果我们从中吸取经验，领悟宝贵的道理，熵会更大程度地造福于人类。

关于宇宙熵的探讨汪雪飞国防科学技术大学计算机学院学员一队摘要：宇宙熵的变化情况关键词：宇宙大爆炸，宇宙熵一、问题：最近学习了热力学第二定律，里面有关于宇宙熵的介绍，其中提到了宇宙不是静态的，今天宇宙仍然是膨胀着的，因此宇宙的熵值没有固定的极大值，因此热寂学说是不正确的。书上提及的“宇宙是膨胀的”引起了我的兴趣。宇宙到底是怎样的物体，为什么会膨胀，为什么“构成宇宙的各种成分在不断解耦，趋向非平衡”。二、概念：1、宇宙：

根据大爆炸理论，

宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体。左端中心为爆炸奇点，向右延伸137 亿光年，到达我们现在这个开口部。从左往右依次为：奇点、40

万年的初期膨胀、近4

亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期

大爆炸理论：

大爆炸理论虽然并不成熟，

但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比较传统的证据

如下所示：

（1）红位移红位移，又称多普勒红移，其出现是由于一个恒星用极快的速度远离地球(宇

宙扩张使行星和恒星间的距离增大)，使其发出的光(波)被拉长，变为红光(波长较阔)。红位移也称为红移，是与蓝移相对的物理现象，指的是光谱线相对于观察者向红端的方向移动了一段距离。

多普勒红移：物体和观察者之间的相对运动可以导致红移，与此相对应的红移称为多普勒红移，是由多普勒效应引起的。

（2）哈勃定律

哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。

（另有资料显示：实际上哈勃没有发现远离速度还与质量成正比）

V=H×D

其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc

）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc=3.26百万光年。

（3）氢与氦的丰存度由模型预测出氢占

25%，氦占75%，已经由试验证实。

（4）微量元素的丰存度

对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。（5）3K的宇宙背景辐射

根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，

现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。

（6）背景辐射的微量不均匀

证明宇宙最初的状态并不均匀，

所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。

（7）宇宙大爆炸理论的新证据

在2000年12

月份的英国《自然》杂志上，科学家们称他们又发现了新的证据，可以用来证实宇宙大爆炸理论。

长期以来，一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大，体积

极小，温度极高的点，然后这个点发生了爆炸，随着体积的膨胀，温度不断降低。至今，宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“

宇宙背景辐射”的宇宙射线。

科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现，其温度确实比现在的宇宙温度要高。

他们发现，背景温度约为-263. 89摄氏度，比现在测量的-273.33

的宇宙温度要高。

三、思考：1、通过查看多方面的资料，我发现关于宇宙状态的研究非常依靠现有的实验测量数据，随着科学技术部不断发展，测量技术不断精确，使得科学家可以得到更多的的数据，那么便可以得到更多的分析方法理论。

比如哈勃定律，就是哈勃通过观察宇宙中射线的红移量获得的。2、我想，宇宙熵的变化必然与宇宙的形态息息相关。正因为以前爱因斯坦运用广义相对论提出了宇宙的静态、有