有趣的“熵增定律”和“耗散结构”

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有趣的“熵增定律”和“耗散结构”

1854年，一位叫克劳修斯的欧洲人，首次提出了“熵”的概念，认为“在孤立的系统内，分子的热运动总是会从原来集中、有序的的排列状态逐渐趋向分散、混乱的无序状态，系统从有序向无序的自发过程中，熵总是增加。当熵在一个系统内达到最大值时，系统就会处于一种能量守恒状态而呈现一种静寂状态”（摘自网文《熵与社会发展》，作者山川若般）。“熵”是热力学第二定律的核心概念，而热力学第二定律的另一层含义是，随着平衡的呈现，熵的递增是不可逆转的。也就是说，熵是“时间之矢”（英国天文学家爱丁顿爵士语），时间是有力量的，时间亦是万物永恒的腐蚀剂，时间将所有的人，社会、生物、地球、太阳系以及宇宙引入不可逆的寂灭之路。

正像马克思所言：人从诞生之日起，就已经大踏步地在向着坟墓迈进。这是恒定的铁律，在科学上被冠以“不可逆的熵增的必然性”。

克劳修斯发现了令人绝望的“熵增定律”，我们无法再去重现那是克劳修斯发现它时的精神状态，但有资料表明，天文学家、文学家和演员的自杀率似乎是最高的，许多西方科学家作为科学家的同时，也是虔诚的宗教徒。例如天文物理学的奠基人开普勒曾写道：既然天文学家是自然之书最高上帝的牧师，适合我们思考的不是我们智慧的光荣，而是居于一切之上的上帝的光荣；牛顿是经典力学体系的建立者，包括发现万有引力定律、运动三大定律。他信仰耶稣基督和救世主，晚年写了大量宗教方法的手稿，从年代学和圣经研究到神学阐释；我们必须记住，宗教和科学所处理的事情性质各不相同。科学所从事的是观察某些控制物理现象的一般条件，而宗教则完全沉浸于道德与美学价值的玄思中。一方面拥有的是引力定律，另一方面拥有的则是神性的美的玄思。一方面看见的东西另一方面没有看见，而另一方面看见的东西这一方面又没有看见。（怀特海《科学与近代世界》）。理性主义使人类不断摆脱着蒙昧，同时也使人类遭受着从未有过的心灵绝望，就比如“熵增定律”。

1981年，美国出版了一本轰动一时的著作：《熵：一种新的世界


观》，从而将熵的概念从自然科学范畴推演到了人类的社会学，有科学家断言：熵增定律最终控制着政治制度的兴盛和衰亡，国家的自由和奴役，商业和实业的命运，贫困和富裕的起源，以及人类总的物质福利。

熵增定律推演成一种关于社会和人类的哲学思维，并逐渐为人类所接受，虽然终究悲观些。但历史终归不是一成不变的。1969年，比利时学者普利高津在对热力学第二定律研究的基础上，提出了“耗散结构”理论：“处于远离平衡状态下的开放系统，在与外界环境交换物质和能量的过程中，通过能量的耗散过程和系统内部的非线性动力学机制，能量达到一定的程度，熵流可能为负，系统总熵变可以小于零，则系统通过熵减就能形成‘新的有序结构’”。“耗散结构论认为，在物质世界的各类系统的进化与退化竞争中，总会不断产生更加有序化的耗散结构，这些过程构成了不断多样化与趋向复杂化的物质世界发展图景。由此否定了悲观主义的‘热寂说’。”（《熵与社会发展》）

这才是振奋人心的伟大发现，1977年，作为现代热力学的奠基人的普利高津获得了诺贝尔物理学奖，这视乎也从另外一个角度反映了人们对自然和生命规律的乐观。相对于残酷悲观的熵增定律，耗散结构学则显得温情了许多，给人类以勇气和希望：只要处于开放的体系中，只要有能量的交换与释放，除了封闭的宇宙之外，任何的自然与人类组织，都有可能实现从无序到有序的逆转，实现“熵减”，实现自身的更新。这无疑是对人类关于奋斗、努力等词义的最大的肯定和褒奖。

再简单的说，我们每天运动锻炼，就是一种很好的耗散结构，吃的好东西多了，身体内积蓄的营养和能量多了，就会转变为脂肪，转化为各种富贵病，每天运动锻炼，把多余的营养和能量耗散掉了，人体就会维持回到一种新的平衡状态，肌肉有力量了，人也更精神。

“耗散结构”是一种使系统处于不断的有序发展状态的方式，它的特点总结起来主要有几点：

（1）开放性；

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