我眼中的熵

我眼中的熵姓名：陈晨学院：财政金融学院专业：金融学学号：2012200150看到这个题目，我不禁想到一位哲人曾讲过的一句话——“物理的尽头就是哲学”，细细一想，有何尝不是呢？物理，即万物之道也。气温的变化造就了冬夏无尽的循环往复；月球的引力变化造就了潮起潮落的人间盛景；而熵，确实引发了我关于时间生命以及世界观的思考。从科学的角度看来，熵指的是体系的混乱的程度，它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用，在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义，是各领域十分重要的参量。比如，熵在物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度；在科学技术上用来描述、表征体系混乱度的函数，亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度；而在信息论中，熵表示的是不确定性的量度。可见，熵的科学含义是十分丰富的，其所指的科学现象不同，表达的方式也迥异。但是有一点不曾改变，这是一种不可逆的能量或状态的改变，是自然界和自然规律维系自身平衡的神奇机制。下面，我就从哲学的角度浅谈一下我从“熵”中看出的另一个世界。（一）宇宙的未来熵，这个由热力学第二定律定义的概念，或许可以帮助我们预见宇宙的未来。首先我们必须要了解熵增加原理：任何物理过程中各个参与者的总熵必定是要么增加要么保持不变；熵不会减少。这就是熵增加原理。那么在熵增加原理下，宇宙的未来是什么样的呢？熵的定律及热力学第二定律告诉我们宇宙万物从一定的价值与结构开始，不可挽回的朝着混乱与荒废发展。罗素曾说，“有史以来，科学所做的最可怕最阴郁的预言，就是热力学第二定律（熵增定律）所预言的宇宙末日”。即宇宙在不可违抗地走向热平衡，走向无序，走向寂灭，人类所创造的辉煌业绩注定要在大死亡中归于灭绝，人类成就的整座殿堂将不可避免地被埋葬在宇宙的碎片之下。而19世纪后半期，克劳修斯和开尔文等人也把热力学第二定律应用于整个宇宙，得出“宇宙热寂说”。在这种状态下，由于所有可能的核反应过程都已完结，因此，所有的恒星都会毁灭，而且不会再有新的恒星产生。即“宇宙万物从一定的价值和结构开始，不可挽回地朝着混乱与荒废发展。无论在地球上还是宇宙任何地方建立起任何秩序，都必须以周围的更大混乱为代价。”这个结论确实令人乍舌！但这个可怕的定律实际得之于最普通的物理现象：任何比环境温度高的物体，都会把热量向低温环境散发，直到系统内温度平衡。如果没有外界能流的引入，绝不会出现热量重新富集的反向过程。所以，所有的恒星终将熄灭，宇宙中不再有能量的流动，因而不可避免地走向无序。而我们眼见的是，宇宙自大爆炸开始，由一个完全无序的混乱状态逐渐演化成为高组织化的生命，进而形成各种组织化的社会形态，人类文明进入繁盛兴旺的阶段。是的，我们现在正处于这样的时期。实际上，这是熵增与生命化两个过程的不断平衡。熵增和生命化两个相逆的过程就同时存在，并行不悖，互相缠绕，多层渗透。一边是热平衡、均匀化、无序；一边是能量和质量富集、组织化或有序化。而两者的综合则是一个零熵的世界。那么在宇宙灭亡的面前，这两种力量又怎样得以平衡呢？我们先考虑那种向内塌缩的结局，整个宇宙将塌缩成一个超级黑洞，一个死亡之洞，“熵增”在这个洞内达到了极致。那么，在这个大过程中，哪是逆向而行的宇宙生命化？原来它也并存在这个死亡之洞里。恰恰在这里，宇宙的质量富集化、组织化过程也达到了极致，因而为下一次大爆发作好了准备。所以，黑洞是宇宙的终结，但也是生命化的巅峰！（二）社会环境其次，对熵的了解还可以加深我们对社会环境的认识。熵的增加是能量退化的量度，自然界的实际过程都是不可逆过程，即熵增加的过程。每利用一份能量，就会得到一定的惩罚------把一部分本来可以利用的能量变为退化的能量。退化的能量，实际上就是环境污染的代名词。这样即可以解释我们身边随处可见的污染现象：工厂的烟囱中排出的不被完全利用的能量废弃物；汽车尾气中排放出的能量使用殆尽的废弃物；“白色污染”的塑料袋和一次性筷子堆积如山……那么，从科学的角度分析人类社会中的种种现象就得到了这样的结论：人类以社会生产和消费的形式来实现与环境的物质、能量和熵的交换及其在内部的流转。在物质交换中，输入物质资源，排出产品和废物；在能量交换中，输入可利用能，排出废热。人类不停地劳动，不断从自然环境中获取低熵物质，克服社会系统不可避免的熵的增加，维持自己的生存。大量的产品和能源转化成不能逆转的东西，垃圾越来越多，人类社会逐步地走向一个恶化的热寂死亡状态。换句话说，熵的增加就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。比如河水越过水坝流入湖泊，当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或作其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再作功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。被转化成了无效状态的能量，或者说耗散了的能量就构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品，但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。既然根据热力学第一定律，能量既不能被产生又不能被消灭，而根据热力学第二定律，能量只能沿着一个方向——即耗散的方向——转化，那么污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。有人说，科学技术的发展可以帮助我们解决环境污染问题，但每一个由加快能量流通的新技术所体现的效率的提高，实际上是加快了能量的耗散过程，增加了世界的混乱程度。环境污染，能源危机，以及农业，运输业，军事，教育，医疗等各方面已经存在的而我们不愿意承认的技术所带来的分崩离析的趋势和熵的危机，这些“物质进步的迷梦”都可以用被人们忽视和冷落的第二定律揭穿，从而揭穿了历史是进步的骗局。（三）社会经济系统事实上，熵，这个自然科学领域内的概念也能够应用到人文科学上来，下面我就来谈谈熵与人类社会经济及社会文化之间的联系和作用。传统经济学认为，人类的劳动是经济发展的终极动力，经济发展的历史是劳动合理化的结果。这种观点使得资源问题与环境问题日益突出，当经济规模给予自然环境影响很大的时候，将导致出现一种矛盾的结论，即经济系统的运动来源于经济系统自身。熵理论所规定的自然法则指出，从环境中孤立出来的系统，很快就会停止运动，失去发展变化的能力。社会经济系统也是这样，若没有自然环境提供的从低熵到高熵持续着熵流，社会经济系统就难以维持非平衡状态，而很快被归之于平衡态。因此，从熵的角度看来，包括社会经济活动、自然环境，所有一切都是自然的，都遵循自然规律。和热力学中熵一样，经济学中的熵作为描述经济系统的重要变量，反应了社会经济这个复杂系统的各个层次各个子系统的状态。对于一个经济系统，越是庞大、复杂，描写其性质状态的变量越多，总熵包含的熵项也越多。那么，如何利用熵来分析社会经济问题呢？举一个例子，熵值为零0S，表示系统内只有一个子系统。这也就构不成系统，结构单一则无结构，经济活动停止，这时虽熵值最低，但也无效益可言。这种状态相似于热力学第三定律所描写的，“在绝对零度时，纯净完整晶体的熵值为零”。但就经济系统而论这就意味着一切经济活动停止且资源高度垄断，无生产经营活动。但另一极端是系统子系统极多，毫无统属关系，或资源高度分散，生产经营活动无法进行；或生产经营活动及商品流通分配高度混乱，熵极高。这同样不是我们所追求的。从人们从事经济活动的目的来看，所希望的是经济系统效益高、熵值低。但就系统本身与外界能量不断交换绝不会是熵值为零，因而应有一个最佳熵。我们要寻找并保持的，就是这个最佳熵。所以，由此可以看出，熵值对于知道经济系统的运行也是很有意义的。在经济系统中，熵流维持着经济系统的运行，在维持一定利润的前提下，还要保证总熵值较小。这就要求我们积极探索经济运行本身固有的客观规律，构建市场、政府、伦理三位一体、共同协调作用的控制机制，以达到资源的有效配置，信息的有效处理，实现低熵经济系统。另一方面，熵定律是客观存在的，从熵增的过程可以看出，社会物质产量的增加，在某种程度上是以资源和环境为代价换取来的，外界的能量、信息、物质流入到经济系统，产生低熵产品和高熵废物。而如果用熵来具体分析中国的经济形势，我们可以看到很明显的三次“能量大释放阶段”。第一次释放在上世纪80年代，改革开放逐步深化，计件考核、承包经营、厂长负责制等办法在国企逐次试行，中国经济开始好转、酝酿起飞，人的能量的大释放，原有的社会观念渐渐打破，中国亿万劳动者长期被压抑了的生产积极性，喷薄而出，转化为经济增长的强大动能；第二次资本能量的大释放在上世纪90年代，特别在小平同志南巡讲话之后，中国社会主义市场经济的框架渐渐形成，这一次，主要是资本能量——包括国有资本与社会资本能量的大释放。但这次同时也是危险的积淀，是贫富差距急速扩展，还扩大了失去共同价值观的负面影响；第三次巨大的能量释放与转化的时间跨度，大概是从上世纪90年代中后期延续到本世纪的前10年。这次是土地及土地上的建筑物等的价值发现与利用，主要形式包括土地批租、旧住宅区和工厂改造、住房制度改革和大规模基本建设形成的机会等。土地房屋等能量的大释放，更强化了前面已经产生的问题，并且引发经济过热的危险，搅起了房地产业的泡沫等等。以上讨论的三次能量的大释放，均有显著的“中国特色”；而我们从这个视角思考中国今后的发展道路时，应该坚持立足“中国特色”，看看什么是我们社会还没有释放出来的特殊能量，什么样的能量是我们特有的，怎样才能用好这些能量。总结正如我开篇所言，“物理的尽头是哲学”，无数个物理学的概念不仅仅是自然科学领域内人类智慧的结晶，同时也是可以应用到社会环境、社会经济等其他领域内的有力论据。这次关于“熵”的思考，我不仅加深了对这个物理概念的理解，同时扩展了自己的思维，甚至是建立起了一种新的世界观。不论是历史滚滚车轮下的熵增规律，还是经济领域中的低熵状态，人与人，人与自然，人与社会，无处不通此理。