熵

关于“熵”的思考
前言：
本文无意于讲述关于熵的理论性的内容，毕竟在物理学理论这方面，笔者仅仅是一位门外汉，绝对无法超越物理学方面的人才（哪怕只是一个物理学初学者）。

在这里，笔者仅仅是想记录一下自己在查阅了相关文献从而了解了“熵”的内涵之后得到的一些启示与思考，至于如何测量并计算现实中的熵等问题，就留给我们伟大的物理学兼数学家吧。

正文：
“我认为，熵永远增加的定律（即热力学第二定律）在自然定律中占有至高无上的地位……如果发现你的理论与热力学第二定律相互对立，那我不能给你任何希望，它只有彻底垮台，别无出路。

”
——A.S.爱丁顿一位名叫麦克斯·格拉克曼的人类学家曾经说过：“科学是一门学问，它能使这一代的傻瓜超越上一代的天才”。

热力学第一定律与第二定律早已编入物理学基础教程，它们所代表的内容现在看来是简单明了的常识而已。

然而将它们最终明白无误地表达出来却经历了漫长的曲折过程。

其实热力学第一及第二定律中所包含的道理早在这两个定律被总结表述之前，已经被人类所知晓，只不过是以人人口头相传的俗语或者谚语的形式存在而已。

比如我们经常说的“人不能不劳而获”，其本质上表明：“能量是守恒的，是不能被创造的”。

再比如我们经常说的“覆水难收”，其本质上表明：在无外界做功的前提下，“能量只能不可逆转地沿着一个方向转化”，即从对人类来说可利用的到不可利用的状态转化，从有效的到无效的状态转化。

这也正是为何加尔文会说：“这种无效能量从人们那里不可挽回地失去了…尽管它并没有湮灭。

”而物理学意义上的“熵”，就是这种不能再被转化做功的能量的总和1。

“熵”这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯于1868年第一次造出来的。

熵的增加意味着有效能量的减少。

每当自然界发生任何事情，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。

诸如我们日常所说的“污染”，其实并不是生产的副产品，而是世界上由有效转化为无效的能量的总和。

当这种无效能增加时，熵值也就越来越大。

在一个
封闭的系统里，熵值总是趋向并最终将会达到最大值，或许我们可以将之称为“熵定律”。

这种有效能量的告罄，就是我们所说的“热寂”，而有效物质的告罄，就是我们所说的“物质混乱”。

熵定律被揭示后，一度引来人类的恐慌，历史上许多人企图找到一个逃避它的方法，比如麦克斯韦的“麦克斯韦小妖”，或者波尔茨曼的“h定理”，但均以失败而告终。

显而易见，“熵”已经不再仅仅是一个物理学概念，它已经渗透到人类社会的各个方面。

笔者主要集中思考熵在经济学、时间之矢、世界观这三方面的影响。

（一）熵与经济学
虽然笔者是一个经济学专业的学生，但是并不想盲目地鼓吹“经济学帝国主义”，并不想一味地运用或卖弄经济学思维，笔者只是理性地讲述从文献中认识到的“由熵所引发的对经济学的思考”。

“理性人假设”是经济学大厦的基石，是经济学理论常青树的根。

它强调每个人为了自己的利益而非社会的利益，在不断经营。

在亚当·斯密看来，这种“人人为己”的社会状态反而更有利于提高整个社会的利益，每个人在实现自身利益的同时，又在无意间促进了社会利益。

在《熵：一种新的世界观》一书中，作者对斯密给予了严厉的抨击，认为他将道德的因素从经济学里完全剔除出去。

其实这种看法是错误的，亚当·斯密在1776年出版《国富论》之前，就已经在1759年出版了《道德情操论》，斯密从人类的情感和同情心出发，讨论了善恶、美丑、正义、责任等一系列概念，进而揭示出人类社会赖以维系、和谐发展的秘密。

但是，在经济学的发展历程中，由于人们只看到斯密在其《国富论》中论述资本主义生产关系，重视经济人的谋利心理和行为，强调“自利”，却相对忽略了其在《道德情操论》中所重视的社会人的伦理、心理、法律和道德情操，从而曲解、误读了亚当·斯密学说。

于是，有了残忍的资本主义的原始积累过程，有了“羊吃人”的圈地运动，有了工人与资本家长期的斗争，有了环境污染、资源枯竭、生态破坏等一系列的环境问题，有了以次充好、食物中毒等一系列的社会问题，而这一切的一切都只是为了“GDP”这个数字的增长，这是带血的GDP、污染的GDP、邪恶的GDP。

这种方式的产出增加并不能够带来社会福利的
里查德·威尔金森在《贫困与进步》一书中回顾了人类经济发展的历史：在经济发展过程中，人类被迫不断更换他所依赖的资源以及开发这些资源的手段。

随着他们的资源日益减少，人类不得不逐渐发展出新的更复杂的加工生产技术……就其广义的生态学而言，经济发展的过程就是日益彻底地利用自然环境的手段的发展过程。

”
原子能带来了核辐射与癌症，大型高速汽车赠予我们的是一氧化碳中毒和污染，空调等制冷器械的运用带来的是臭氧层空洞与皮肤癌，森林的过度砍伐带来的是温室效应与冰川融化……每一项技术的应用一开始都蕴藏着不可预料的副作用，这种副作用带来了比没有这项技术的情况下更为严重的灾难2。

因此，经济发展的过程也是熵不断增加的过程。

技术的变革增加了每件产品的功的输入，从而加快了熵的过程与世界的混乱，人类尝到不可持续的经济增长方式带来的严重后果。

熵定律刺激着人类对经济增长进行重新的思考，警示着人类小心谨慎地走好每一步，带来了人类经济发展方式的转变。

经济增长并不是真正的经济发展。

真正的发展远非仅仅是几个经济指标的增长。

它包括整个社会结构的现代化，政治结构、教育体系、卫生系统、分配体制的改革，也包括了社会成员的现代化，文化素质、道德修养、精神生活的充实。

真正的发展是虽然不能减少熵，但也要竭尽所能地减缓熵的增加进程，从而不会让“2012世界末日”的预言成为现实，从而为未来积蓄更美好的可能。

（二）熵与时间之矢
热门的“穿越小说”，盛行的“穿越剧”，炫目的“科幻电影”，神奇的“时空隧道”等，都反映出了人类对掌控时间的渴望。

我们渴望能够回到过去，去弥补曾经的遗憾；渴望能够洞察未来，去一窥以后的境况；渴望把握现在，充实每一分每一秒。

但是现实却是，我们总是感叹“时光荏苒，一去不回，往事不可追”；总是后悔“没有珍惜当下的时光，蹉跎岁月”；总是担忧“未来渺茫，该何去何从”。

从《一千零一夜》到H.G.威尔斯的《时间机器》，漫游时间这个题材一直吸引着当代作家。

李约瑟在《中国科学技术史》一书的第五卷中描述了中国古代炼金术士的梦想：他们的最高梦想不是把金属变成金子，而是操纵时间，以便通过从根本上把自然衰老过程减慢下来
而达到长生不老3。

但是，时间以单一方向流动着，从过去走向未来，我们不可能操纵时间，不可能到过去遨游。

时间体现了能量从集中状态到耗散状态，从有序状态到无序状态的转化。

我们不断意识到周围世界的熵的变化。

我们的青春逐渐逝去，我们的亲人正在衰老。

我们坐在火堆旁，看着火苗慢慢熄灭，只留下白色的灰烬。

时光荏苒，沧桑变迁，所经历的不过是熵定律的展开，不过是不可逆转的能量耗散过程。

亚瑟·爱丁顿爵士说：“熵是时光之箭”4，通过一件件事情的展开，世界上能量也一步步耗散，熵的总值也逐渐增大，而我们也因此体验到了时光的流逝。

也曾经有一种说法，如果我们能够乘坐一艘科学幻想飞船以大于光速的速度离开地球，我们就能追上光信号，从而跑到我们的过去的前面去。

技术进步使得我们越来越接近光速，但是从当今的物理学来看，我们永远无法超越光速。

无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性。

我们无法逆转时间或熵的过程，这是早已注定了的，然而我们却可以运用我们的自由意志来决定熵的过程的发展速度。

人类在地球的一举一动都直接影响着熵的过程的缓急。

我们可以珍惜并充分利用每一份光和热，每一份资源，减少无谓的损耗，降低熵的增加进程。

我们可以注意休息与锻炼结合，养成健康的生活方式，从而减缓衰老的速度。

（三）熵与世界观
有史以来，人类一直觉得有必要建立起一个组织生命活动的参照体系，来解释人类日常生存的情况和原由。

而世界观就是每个社会最基本的文化成分，它在潜移默化中从孩提时代起就影响着人类，并且达到一种不言而喻的程度5。

纵观人类历史，在某一特定时期与环境里会出现某一特定的世界观。

人类环境的能源条件决定了正在脱颖而出的世界观的大致结构。

每一个世界观都有它的建筑师。

他们绘出蓝图，而我们则按图索骥。

柏拉图、亚里士多德等古希腊哲人们认为历史是一个逐步衰亡的过程。

希腊神话将历史划分为五个时代：黄金时代、白银时代、青铜时代、英雄时代和铁器时代。

这五个时代一个比一个退化和粗俗。

黄金时代是历史的顶峰，是富饶和满足的时代，但是随着历史的发展，黄金时代那种完美的秩序在以后的时代里不断衰亡，直至宇宙处于极度的混乱中。

柏拉图与
3《从混沌到有序---人与自然的新对话》，【法】伊·斯唐热，【比】伊·普里戈金，上海译文出版社，1987年版第332页
4《熵：一种新的世界观》，【美】杰里米·里夫金，特德·霍华德著，上海译文出版社，1987年版第45页
亚里士多德认为变得最少的社会秩序才是尽善尽美的社会秩序，他们的世界观里根本没有持续变化与增长的概念。

他们的理想就是把一个“变化”尽量少一些的世界传给后代。

而机械论世界观却与古希腊人的世界观相反，机械论世界观的形成主要归功于培根、笛卡尔和牛顿。

培根是现代第一个讲究实际的实用主义者，他打开了机械论世界观的大门；而紧接着数学家笛卡尔就对这一世界观提出了进一步设想，认为“认识世界、探索它的一切奥秘，并使之为人类服务的关键可以归纳为两个字：数学”，给了人类一个信念，即人类能够揭示世界的奥秘，并成为世界的主人；牛顿则提供了得以完成这一任务的工具，发明了描述机械运动的数学方法。

至此，机械论世界观便将这个世界万物的质从它们的量中分离开来，把世界便成了一个完全由没有生命的物质组成的冷冰冰的世界，一个纯物质的世界。

这种机械论世界观认为历史是一个不断进步的过程，世界机器不断被精简、改进、扩大，而我们的生活就蒸蒸日上。

持有这种世界观的人相信，人类知识与技术的不断积累能使世界逐渐达到更有价值的状态，相信人作为独立的个体而存在，自然界有自然界的规律，科学观察是客观的，主张认识并改造自然，甚至征服自然，将人类从自然中分割开来，成为自然的主宰。

自此，人类便开启了为了物质追求而破坏大自然的时代，成为了陌生土地上的陌生客，对大地，对万物不再抱有一种“休戚与共”的心态，不再有敬畏自然之心。

然而在今天，一种新的世界观正在形成，它即将作为历史的组织机制取代牛顿的机械论世界观，这就是熵的定律。

熵定律告诉我们，尽管能量是守恒的，但是却只能沿着一个方向转换，即从可利用到不可利用，从有序到无序，从有效到无效。

实质上是在说宇宙万物从一定的价值和结构开始，不可挽回地朝着混乱和荒废发展。

热力学定律为世界上的一切物质活动的开展提供了整体的科学框架。

用诺贝尔化学奖获得者弗雷德里克·索迪的话来说，热力学定律“最终控制着政治制度的兴盛与衰亡，国家的自由与奴役，商务与实业的命脉，贫困与富裕的起源，以及人类总的物质福利。

”
机械论世界观以持久的物质增长为出发点，而熵的世界观则以保存有限资源为思想基础。

实现前者到后者的过渡并非易事，这必须要求人类拥有长远的目光，不能为了短期利益而放弃了长远的发展。

总之，熵定律在逐渐影响着人类认识世界的思维方式，改变着人类的行为方式，进而决定着整个地球的存在状态。

综上，笔者结合文献从经济学、时间及世界观三个方面理解了熵定律在其中的渗透与
含义，发现熵不再仅仅是一个局限于物理的冰冷概念，而是与我们的生活息息相关。

爱因斯坦曾经苦思冥想：哪一条科学定律才是当之无愧的最高定律。

最后他的结论是：“一种理论前提越为简练，涉及的内容越为纷杂，适用的范围越为广泛，那这种理论就越为伟大。

经典热力学就是给我留下了极其深刻的印象。

我相信只有内容广泛而又普遍的热力学理论才能通过其基本概念的运用永远站稳脚跟。

”
“熵”渗透人类社会的方方面面，关于“熵”的思考也将不会终止。

参考书目：
1、《从混沌到有序---人与自然的新对话》，著者：【法】伊·斯唐热，【比】伊·普里戈金，
译者：曾庆宏，沈小峰，上海译文出版社，1987年版
2、《熵：一种新的世界观》，著者：【美】杰里米·里夫金，特德·霍华德著，译者：吕明，
袁舟，上海译文出版社，1987年版。