熵
shāng
entropy
物理意義:物質微觀熱運動時,混亂程度的標誌。
熱力學中表征物質狀態的參量之壹,通常用符號S表示。在經典熱力學中,可用增量定義為dS=(dQ/T),式中T為物質的熱力學溫度;dQ為熵增過程中加入物質的熱量;下標“可逆”表示加熱過程所引起的變化過程是可逆的。若過程是不可逆的,則dS>(dQ/T)不可逆。單位質量物質的熵稱為比熵,記為 s。熵最初是根據熱力學第二定律引出的壹個反映自發過程不可逆性的物質狀態參量。熱力學第二定律是根據大量觀察結果總結出來的規律,有下述表述方式:①熱量總是從高溫物體傳到低溫物體,不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化;②功可以全部轉化為熱,但任何熱機不能全部地、連續不斷地把所接受的熱量轉變為功(即無法制造第二類永動機);③在孤立系統中,實際發生的過程,總使整個系統的熵值增大,此即熵增原理。摩擦使壹部分機械能不可逆地轉變為熱,使熵增加。熱量dQ由高溫(T1)物體傳至低溫(T2)物體,高溫物體的熵減少dS1=dQ/T1,低溫物體的熵增加dS2=dQ/T2,把兩個物體合起來當成壹個系統來看,熵的變化是dS=dS2-dS1>0,即熵是增加的。
◎ 物理學上指熱能除以溫度所得的商,標誌熱量轉化為功的程度。
◎ 科學技術上泛指某些物質系統狀態的壹種量(liàng)度,某些物質系統狀態可能出現的程度。亦被社會科學用以借喻人類社會某些狀態的程度。
◎ 在信息論中,熵表示的是不確定性的量度。
1.只有當妳所使用的那個特定系統中的能量密度參差不齊的時候,能量才能夠轉化為功,這時,能量傾向於從密度較高的地方流向密度較低的地方,直到壹切都達到均勻為止。正是依靠能量的這種流動,妳才能從能量得到功。
江河發源地的水位比較高,那裏的水的勢能也比河口的水的勢能來得大。由於這個原因,水就沿著江河向下流入海洋。要不是下雨的話,大陸上所有的水就會全部流入海洋,而海平面將稍稍升高。總勢能這時保持不變。但分布得比較均勻。
正是在水往下流的時候,可以使水輪轉動起來,因而水就能夠做功。處在同壹個水平面上的水是無法做功的,即使這些水是處在很高的高原上,因而具有異常高的勢能,同樣做不了功。在這裏起決定性作用的是能量密度的差異和朝著均勻化方向的流動。
熵是混亂和無序的度量.熵值越大,混亂無序的程度越大. 我們這個宇宙是熵增的宇宙.熱力學第二定律, 體現的就是這個特征. 生命是高度的有序,智慧是高度的有序. 在壹個熵增的宇宙為什麽會出現生命?會進化出智慧?(負熵) 熱力學第二定律還揭示了, 局部的有序是可能的,但必須以其他地方更大無序為代價. 人生存,就要能量,要食物,要以動植物的死亡(熵增)為代價. 萬物生長靠太陽.動植物的有序, 又是以太陽核反應的衰竭(熵增),或其他的熵增形勢為代價的. 人關在完全封閉的鉛盒子裏,無法以其他地方的熵增維持自己的負熵. 在這個相對封閉的系統中,熵增的法則破壞了生命的有序. 熵是時間的箭頭,在這個宇宙中是不可逆的. 熵與時間密切相關,如果時間停止"流動",熵增也就無從談起. "任何我們已知的物質能關住"的東西,不是別的,就是"時間". 低溫關住的也是"時間". 生命是物質的有序"結構"."結構"與具體的物質不是同壹個層次的概念. 就象大廈的建築材料,和大廈的式樣不是同壹個層次的概念壹樣. 生物學已經證明,凡是到了能上網歲數的人, 身體中的原子,已經沒有壹個是剛出生時候的了. 但是,妳還是妳,我還是我,生命還在延續. 倒是死了的人,沒有了新陳代謝,身體中的分子可以保留很長時間. 意識是比生命更高層次的有序.可以在生命之間傳遞. 說到這裏,我想物質與意識的層次關系應該比較清楚了. 這裏之所以將"唯物"二字加上引號. 是因為並不徹底.為什麽熵減是這個宇宙的本質,還沒法回答. (摘自人民網BBS論壇)
不管對哪壹種能量來說,情況都是如此。在蒸汽機中,有壹個熱庫把水變成蒸汽,還有壹個冷庫把蒸汽冷凝成水。起決定性作用的正是這個溫度差。在任何單壹的、毫無差別的溫度下——不管這個溫度有多高——是不可能得到任何功的。
“熵”(entropy)是德國物理學家克勞修斯(Rudolf Clausius, 1822 – 1888)在1850年創造的壹個術語,他用它來表示任何壹種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻,熵就越大。如果對於我們所考慮的那個系統來說,能量完全均勻地分布,那麽,這個系統的熵就達到最大值。
在克勞修斯看來,在壹個系統中,如果聽任它自然發展,那麽,能量差總是傾向於消除的。讓壹個熱物體同壹個冷物體相接觸,熱就會以下面所說的方式流動:熱物體將冷卻,冷物體將變熱,直到兩個物體達到相同的溫度為止。如果把兩個水庫連接起來,並且其中壹個水庫的水平面高於另壹個水庫,那麽,萬有引力就會使壹個水庫的水面降低,而使另壹個水面升高,直到兩個水庫的水面均等,而勢能也取平為止。
因此,克勞修斯說,自然界中的壹個普遍規律是:能量密度的差異傾向於變成均等。換句話說,“熵將隨著時間而增大”。
對於能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動的研究,過去主要是對於熱這種能量形態進行的。因此,關於能量流動和功-能轉換的科學就被稱為“熱力學”,這是從希臘文“熱運動”壹詞變來的。
人們早已斷定,能量既不能創造,也不能消滅。這是壹條最基本的定律;所以人們把它稱為“熱力學第壹定律”。
克勞修斯所提出的熵隨時間而增大的說法,看來差不多也是非常基本的壹條普遍規律,所以它被稱為“熱力學第二定律”。
2.信息論中的熵:信息的度量單位:由信息論的創始人Shannon在著作《通信的數學理論》中提出、建立在概率統計模型上的信息度量。他把信息定義為“用來消除不確定性的東西”。
Shannon公式:I(A)=-logP(A)
I(A)度量事件A發生所提供的信息量,稱之為事件A的自信息,P(A)為事件A發生的概率。如果壹個隨機試驗有N個可能的結果或壹個隨機消息有N個可能值,若它們出現的概率分別為p1,p2,…,pN,則這些事件的自信息的平均值:
H=-SUM(pi*log(pi)),i=1,2…N。H稱為熵。