现代熵理论在社会科学中的应用 (1)

现代熵理论在社会科学中的应用

材工13-1 赵一博 201307031019

摘要：文章简述了热学熵的理论及其统计解释,介绍了熵增原理，最大最小熵原理，对现代熵理论在人类社会，生态环境，致冷技术上的应用作了浅显

的说明，使人类意识到加强熵观念以维护良好社会秩序及生态环境的必

要性，最后讲解了现代熵理论在社会科学中的应用对我的启发与影响。

关键词: 现代熵现代熵理论现代熵与人类社会现代熵与生态环境

现代熵与致冷技术制冷技术现代熵理论的应用对我的启发

正文：

一. 现代熵理论的基本概念

1. 热熵的基本概念

克劳修斯引入了状态函数熵，记为 S。他采用宏观分析的方法得出 : 对于一个封闭系统 , 可逆过程的熵变 dS与系统从外界所吸收的热量 dQ和系统的温度

T之间存在如下关系: dS = dQ T

上式称为熵的克劳修斯关系式。由此定义的熵称为热力学熵 (或宏观熵 , 克劳修斯熵 ) 。

2. 统计熵 (或玻尔兹曼熵 )的概念

在克劳修斯给出热力学熵的定义以后 ,玻尔兹曼又从微观 (气体动理论 )的角

度 , 深入研究了状态函数熵 , 给出了一个统计物理学的解释。在等概率原理的前提下 , 任一给定的宏观状态所包含的微观状态数的数目称为该宏观状态的热力学概率 , 用 Q表示。据此 , 玻尔兹曼对气体分子的运动过程进行了研

究 ,将熵 S和热力学概率Ω联系起来得出 S∝ lnΩ的关系 ,在 1900年由普朗克引进比例常数 k而成为 S = klnΩ。这就是统计物理的玻尔兹曼熵

关系式 ,其中 k为玻尔兹曼常量。由此定义的熵称为统计熵 (或玻尔兹曼熵 )。二．现代熵理论的原理

现代熵理论有熵增加原理，最大最小熵原理等。

1. 熵增原理：

处于平衡态的孤立系统的熵增加原理在定义熵的概念以后 ,克劳修斯把热力学第二定律中熵用式中等号对应可逆过程 , 大于号对应不可逆过程。即在绝热过程中熵不可能减少，这就是熵增原理。

即对绝热过程，ΔQ = 0 ，有ΔS（绝热）≥ 0（大于时候不可逆，等于时候可逆）或 dS（绝热）≥0 (>0不可逆；=0可逆)

熵增原理表明，在绝热条件下，只可能发生dS≥0 的过程，其中dS = 0 表示可逆过程；dS>0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。系统的平衡态是熵具有最大值的状态 , 也就是出现概率最大的状态。因此 ,系统内部自发发生的过程总是从概率小的状态朝着概率大的状态的方向进行 ,从有序度高的状态朝着无序度高的状态的方向进行。

因此，在绝热条件下，一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大，直到达到平衡态。即隔离系统的熵不可能减少，这也是熵增原理的一种说法。

2. 最小熵原理：

在热平衡态下孤立系的熵达到极大，熵产生为0.在定常耗散过程（输运、化学反应）中熵产生恒正，在线性区定常输运过程中熵产生最小，这就是最小熵原理。由它可推出线性区不可能形成耗散结构。

3．最大熵原理：

投资时常常讲不要把所有的鸡蛋放在一个篮子里，这样可以降低风险。在信息处理中，这个原理同样适用。在数学上，这个原理称为最大熵原理。三．现代熵理论在社会科学领域的应用意义及指导作用

1．熵在人类社会中的应用意义及指导作用

从熵的角度看 , 人类社会的一切伦理、道德、风俗习惯、法制、组织和人际关系是熵增与熵减的合作用的结果。社会发展变化的序在极大程度上受到人类活动的影响。因而 ,现实社会总表现出复杂性和不平衡性。社会的每个成员都是一个耗散系统 , 耗散系统必须靠负熵为生。追求负熵是一切生物活动的主题。对人类而言 , 争权夺利是人类追求负熵的一种突出的表现。人类对权利的追求 ,可以调动人们去追求的积极性 , 投身于对自然界奥秘的探究中 , 把更多的潜在可用性变为现实可用性 , 使人们的个人生活和社会生活的物质条件不断有所改变 , 而这种改善就通常意义上讲就是进步。随着物质条件和精神条件的日益丰富 , 人们为了自身的利益 ,对权势、利益的追求更加强烈。人们对

权势和利益这种负熵的索取日益加强 , 逐渐导致整个人类社会性的秩序向着混乱发展 , 即使整个社会的熵不断增加。纵观历史 , 人类为了夺利 , 不惜血流千里，绞尽脑汁。日常生活中 ,为了争利 , 也可以勾心斗角。在改革开放和市场经济的条件下，偷税漏税、假冒伪劣、假公济私、贪污腐化、以权谋私、坑蒙拐骗等损人利己的事屡见不鲜。生活在这样的环境中 ,人们无时无刻都得把神经绷得紧紧的生怕会上当受骗。因而整个社会处在高度的无序状态。人办事要求功利 ,不必讳言功利。但是求功利亦应有所制约 ,有道可循 , 决不可为了自身的利益而不惜一切损害他人利益 ,造成社会的混乱。

2. 熵在生态环境中的应用意义及指导作用

薛定谔的负熵理论不仅可以解释生命世界，而且正日益扩展到经济社会、生态环境等诸多领域。对人类社会而言，追求自身利益的负熵是一切活动的主题。随着社会的进步和经济的迅速增长，人类利用自然资源的活动加剧，例如，树木的滥砍滥伐、珍禽异兽的肆虐捕杀、工业废物的大量排放等，人类不断从自然界获取物料资源，同时抛出大量的废气、废液、废渣和生活垃圾。结果，人们得到了低熵的产品，但同时不可避免地向环境排放了高熵的废物和废热，致使自然资源日趋耗尽，环境污染日趋加剧，生态平衡日趋破坏，环境熵值日趋增加。因此，人们在使用低熵产品、享受现代文明的同时，必须清醒地意识到，大自然不能为人类提供无限的资源、生存空间和废料场，大自然的调节机制不是万能的，自然界有其自身发展的界限，保护环境势在必行。

3. 现代熵理论在致冷技术制冷技术上的应用意义及指导作用

致冷技术制冷技术的关键在于从被冷却的物体之中抽取热量，相当于抽取熵。随着物体之中的熵的减少，物体的温度下降，气体可能凝结成为液体，液体凝固为固体。通过这个原理，科学家们发明了很多种类的致冷机，如蒸发致冷机，稀释致冷机。凝固通常是熵减小的过程，一般不能用于致冷。

而玻梅郎丘克却发现在 3He 在加压凝固过程中，由于核自旋无序化的效应，可以导致熵的增大，从而提出了新的致冷原理。使用此法可达到 mK 量级的极低温。而 4He 的蒸发致冷是采用绝热退磁致冷的技术。在顺磁盐的一般情况下，磁矩的排列是混乱的。外加磁场将导致磁矩的排列有序化，达到低熵态。若在绝热条件下退掉磁场，磁矩的排列随机趋于混乱，所对应熵的增加必须由环境吸取热量，导致温度的下降。