第四章 第二节 熵:一种新的世界观-《白露凝霜》

    看更多诱惑小说请关注微信  npxswz        各种乡村  都市  诱惑  熵理论对于整个科学来说是第一法则。爱因斯坦

    什么是熵?没有什么问题在科学史的进程中曾被更频繁的讨论。普利高津

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    熵(entropy):一种新的世界观(选自高中语文课本第六册)里夫金 霍华德

    热力学关于熵的概念揭示了热传递的不可逆性,即热量总是自发地从高温热源向低温热源流动,而不是相反。本文从热力学第二定律出发,将熵的观念引申到能源、环境等领域,对当今世界普遍关注的能源危机、环境污染问题表示了深深的忧虑。

    本文节选自《熵:一种新的世界观》(上海译文出版社1987年版)。吕明、袁舟译。作者里夫金和霍华德是美国当代著名社会学家。 著有关于经济趋势、科学技术和文化方面的著作15部,被译成15种语言,其中《熵——一种新的世界观》、《时间大战》、《生物圈政治学》和《工作的终结》等书有广泛影响。

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    一位名叫麦克斯?格拉克曼〔麦克斯?格拉克曼(1911—1975)南非文化人类学家,以研究非洲诸部落的政治制度著称。〕的人类学家曾经说:“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,它们所表达的内容现在看来不过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,却经过了一段曲折的路程;许多天才为之呕心沥血,提出过大量复杂的理论。奇怪的是,虽然科学家们多少年来为这两个定律的真正涵义绞尽脑汁,地球上各民族文化的民谚却早已悟出其中三昧。我们都听说过这些说法:“你不可能不劳而获”,“覆水难收”或者“天网恢恢,疏而不漏”。如果这些谚语对你说来不算陌生,而且在日常生活中你也反复有过这样的亲身体验的话,那么,你就懂得了热力学第一定律和第二定律。

    热力学概念乍听起来有些深不可测,其实它们是我们所知道的最简单而又给人印象最深的科学概念。热力学的两个定律可以用一句简短的句子来表达:宇宙的能量总和是个常数,总的熵是不断增加的。

    这也就是说我们既不能创造,也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的,而且永远不会改变。热力学第一定律就是能量守恒定律,它告诉我们能量虽然既不能被创造又不能被消灭,但它可以从一种形式转化为另一种形式。

    我们应该牢记的最重要的一点,就是我们不能创造能量。从来就没人创造过能量,也永远不会有人能创造。我们力所能及的只是把能量从一种状态转化成另一种状态。要理解这一点不甚容易,特别是考虑到一切都是由能量所生成的。世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草,都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起,青草的生成,都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地,青草也不复生长,但它们原来所包含的能量并没有消失,而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话:太阳底下没有新鲜东西。要证实这一点你只需呼吸一下。你刚才吸进了曾经让柏拉图吸进过的5 000万个分子。

    如果我们需要考虑的仅仅是热力学第一定律,那我们滥用那万世不竭的能源也没有什么奥妙了。然而我们知道世界并非如此。比如我们烧掉一块煤,它的能量虽然并没有消失,但却经过转化随着二氧化碳和其他气体一起散发到空间中去了。虽然燃烧过程中能量并没有消失,但我们却再也不能把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时,我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。

    熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫?克劳修斯〔鲁道尔夫?克劳修斯(1822—1888) 德国物理学家,热力学的奠基人之一。〕于1868年第一次造出来的。但是年轻的法国军官沙迪?迦诺〔沙迪?迦诺(1796—1832) 法国物理学家、工程师。〕在研究热机效率的过程中,提出了“卡诺循环”定理。却比克劳修斯早41年发现了熵的原理。迦诺在研究蒸汽机工作原理时发现,蒸汽机之所以能做功,是因为蒸汽机系统里的一部分很冷,而另一部分却很热。换一句话说,要把能量转化为功,一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度(或由较高温度变为较低温度)时,它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平,都意味着下一次能再做功的能量就减少了。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,或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底,就处于不能再做功的状态了。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。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量,和“无效的”或“封闭的”能量。

    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。被转化成了无效状态的能量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。耗散了的能量就是污染。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。

    涉及热现象的实际宏观过程的不可逆的微观本质是从有序向无序的过渡,或者说从概率较小的状态向概率较大的状态过渡。态函数熵(entropy)正是组成系统的大量微观粒子的无序度或混乱程度的量度。

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    笔者简评:在d&d守序、中立、混乱的阵营观念背后,就隐藏着熵的理念。在异域风景设定中,守序邪恶的巴特兹恶魔(baatezu)和混乱邪恶的塔那利魔族(tanar'ri)间持续了无数世代的血腥战争——血战(blood war)的胜负便决定着多元宇宙熵的变化,也就是宇宙的命运,继续还是毁灭。

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