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;

(2)负熵流;

(3)非线性;

(4)远离平衡态;

由以上特点我们可以看出,一个系统要想出于有序的发展状态必须有所消耗,在消耗的同时,不断趋向有序、平衡而永不平衡。而这似乎也很切合人生的主调。

量子力学的创始人之一,著名的物理学家薛定谔获得物理诺贝尔奖后转攻生命科学,他想用物理化学结合生物知识解释生命的本质。他在《生命是什么》中写道:“一个生命体的熵是不可逆增加的,当趋于接近最大值的危险状态,那便是死亡。生命体作为一个非平衡的开放系统要摆脱死亡,从物理学的观点看,唯一的办法就是从环境中不断汲取负熵来抵消自身的熵增加,有机体是赖负熵为生的。更确切地说,新陈代谢中本质的东西,乃是使有机体成功地消除当自身活着的时候不得不产生的全部的熵,从而使其自身维持在一个稳定而又很低的熵的水平上。”里面有句很重要的话“生命是赖负熵而生”,什么是“负熵”,对我们而言,就是运动、就是学习否定、就是挫折、就是失败、就是沟通、就是自省、就是自控。。。

想起了一句话“真正的自由不是想做什么就做什么,而是想不做什么就不做什么”,可见,有约束的自由才是有意义的,没有的约束的自由,就是放任自流。

“生命不息,运动不止”,“人性本善,但恶才是社会进步的最原始动力”,“不学习,不思考,就不会进步”。。。大道至简,很多道理是想通的,“熵增定律”和“耗散结构”很有趣,从另一个角度诠释了世界的本质。

--读《下一个倒下的会不会是华为》感

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