熵学——信息社会的认识论
时间:2017-12-02 15:10 来源:未知 作者:郑广新 点击:次
| 熵变的定义： 化学反应前后反应体系熵的改变叫做熵变。对于化学反应而言，若反应物和产物都处于标准状态下，则反应过程的熵变，即为该反应的标准熵变。当反应进度为单位反应进度时，反应的标准熵变为该反应的标准摩尔熵变，以△rSm表示。 熵的概念是由德国物理学家克劳伊士于1865年所提出。克氏定义一个热力学系统中熵的增减：在一个可逆性程序里，被用在恒温的热的总数(δQ)，并可以公式表示为： 克劳伊士对变量S予以entropy(熵)一名, 该名源自希腊词语τρoπή，意即“转换”。 1923年，德国科学家普朗克来中国讲学用到entropy这个词，胡刚复教授翻译时灵机一动，把“商”字加火旁来意译 entropy，创造了“熵”字。胡刚复1909年首批庚款留美，就读于哈佛大学物理系。1949-1951年任北洋大学物理系教授。中国近代物理事业奠基人之一，国内第一个从事X射线研究的科学家，培养了吴有训、严济慈、钱学森等著名科学家 熵可从不同角度有多种定义： 克劳修斯的熵：能量分布均匀程度的量度。 波尔兹曼的熵：封闭的热力系统微观状态数的量度，即混乱程度的量度。 布里渊的熵：体系精确状态的信息无知程度的量度，即确定系统状态所缺信息的量度。 贝肯斯坦－霍金的熵：系统量子态数无序程度的量度，且黑洞的熵与视界面积成正比。 在信息论和生物学中，有负熵的概念。 总之熵有几个特点：（1）态函数；（2）可加性；（3）不可逆性。 而热寂论将热力学熵外推到整个宇宙，得出宇宙必将达到高温均衡而形成不再有热量传递的热寂状态。得出宇宙终将死亡，一切变化都将停止的结论。这显然与宇宙生生不息、物象纷呈的直观感受相违背，因此后来诞生了“负熵”的概念，但只是局部的修正了热寂论而已。 当代大名鼎鼎的宇宙学家霍金将其进一步应用到黑洞热力学过程，认为物质通过引力聚集形成黑洞的过程以及黑洞合并的过程都是熵增加过程，且黑洞熵与视界面积成正比。但著名的黑洞无毛定律告诉我们，黑洞失去过去所有信息，最终简并成三个物理量而确定。可想象黑洞内时空因高度折曲而叠合，因此反而简化了物质结构，岂不是有序的诞生，负熵的源泉？而我国邓昭镜教授在退休后自费出版的《负能谱及负能谱热力学》更揭示了经典热力学的本质和适用范围，并克服了贝克斯坦黑洞热力学面临的三大理论困难，据说令人信服地批判了“热寂论”，测算认为形成黑洞的过程是熵减少过程。这与我们的直觉是相吻合的，也与无毛定律吻合。 如果黑洞形成过程是熵减过程，这意味着宇宙局部是熵增的，局部又是熵减的，而宇宙总体是熵守恒的？经典热力学的熵增律是基于封闭的有限系统得出的，根本没考虑宇宙膨胀引发的温差和天体间万有引力等在大尺度宇宙中的职能，所以经典热力学的熵增律的应用是有条件和范围的！详细论述如下： 在近似均匀的大尺度宇宙空间中，引力场负势能正可抵消物质正能量，因此宇宙总能量为零。 在非均匀的小尺度宇宙空间中，物质稀散区域，物质正能量大于引力场负能量，因此总能量为正，导致热耗散系统熵量增加。而在物质集中区域，引力场负能量将大于物质正能量，因此总能量为负，导致引束缚系统熵量减少。从整体看，引束缚系统中物质运动的负能量，将抵消热耗散系统中物质运动的正能量，因而就整体而言，引束缚系统熵减，热耗散系统熵增，互补中和。因而宇宙总熵量为零，即守恒。根据熵守恒定律，宇宙是熵增（如白洞，诞生宇宙弦？星系核、星系团）和熵减（如黑洞，吸废热和弥散性辐射、周围天体等）系统之间，通过热辐射传输而不断从高熵区流入低熵区，以保持宇宙总熵守恒。笔者认为“黑极必白，黑白同体；黑黑相吸，白白相斥；黑白近漩，相淹变灰”，也就是黑洞最终蒸发爆炸，泄放出大量的自由能而转换为白洞；黑、白洞系统间还可以通过不可逆的熵流联系起来，熵流方向取决于各自质量，从而整个宇宙永远充满活力与生机。 虽然霍金证明了黑洞形成过程仍是熵增过程，但他又认为黑洞最终蒸发，单问题在于黑洞蒸发仍是熵增过程吗？黑洞逐渐蒸发，以致最终从黑洞旋轴两极强烈地喷射“负熵的”狭窄物质流（物质线），黑洞自身耗散于背景辐射热均衡中。黑洞不是宇宙演化的终极坟墓，而是宇宙孕育隐秘秩序的子宫。 恩格斯曾指出：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来”，这是热环论的早期哲学表述。 可压缩流体的静力学方程，即势焓(势能+焓)平衡规律指出：引力场中同质量的流质所具有的势焓值为一常数。这就意味着，当流质势能大时其焓值小(温度低)；相反，当势能小时其焓值大(温度高)，如果星体中心的势焓值比外围低时，引力将迫使外围低温区热量向中心高温区传导转移，以趋于势焓平衡。 而且根据热辐射定律可知，热辐射仅由温度决定，不受引力影响。 以上两因素构成天地热循环的动力。白矮星内部无热源为何能发光呢？原来星体引力能从太空中积聚低温热能。任何星体与太空间都存在着反向的热循环转移过程，这是宇宙生机勃勃、永不死寂的真谛！ 从能量守恒定律推导出来的熵守恒定律成立，则意味着宇宙信息守恒，它将与大爆炸、大崩塌理论不相容，这将是革命性的思想。熵守恒律还可剥掉了讨厌的裸露奇点，但似乎导致时间之矢也失去了方向，这岂不是与无限的稳态宇宙理论相和谐了？我不太相信存在所谓的太初白洞，以及终极黑洞，但在此还是提出一个重要问题：星系长城的发现或许是宇宙弦的证据，宇宙弦或许是太初白洞喷射形成的？ 然而时间之维怎么可能消逝？宇宙一定存在某些深刻的不对称（破缺）造成可观状态的不可逆现象。但问题在于熵增律难道就一定是时间之箭的物理标志吗？！以宇宙局部系统的熵增现象来当做整个宇宙时间的流逝是荒谬的。况且，牛顿绝对时间和爱因斯坦相对论时间，都没有建立起过熵增与时间之间的定量关系！凭什么把时间与熵增扯在一起？宇宙熵增速率越高就意味着宇宙时间流得越快吗？那又寻找什么样的物理量来为时间作证了？ 不要忘记时间是时空联合体的一维，时空统一于物质运动。思考宇宙时，用的是绝对时间；思考局部时，用的是相对时间。 宇宙是聪明还是糊涂了？现在看来，宇宙既不聪明也不糊涂，自己创造着并毁灭着。 *******联想 如果能量就是自然货币的量度，那么货币是社会能量的量度。如果整个宇宙能量守恒，那么社会货币也大体守恒，但毕竟社会不是独立于自然的系统，而是依附于后者，故从自然不断向社会输入能量的同时，一定伴随一定速率膨胀的货币！其前提是排除权贵政府的不可告人目的。 如果熵是热力系统粒子混乱程度的刻画，那么商便是社会个人自由程度的刻画。这里的商不同于一般商人、商业的商，而是社会熵，对应热力学公式，猜想商=能量/规范，可见社会生产力越低下，社会能量越少；生产关系越复杂，所需法律越多越详，规范度越高，由此导致社会熵降低，人自由程度降低，谓之进步的僵化，用马克思的术语来说就是人的异化。但历史表明法律规范总是在不断增加的，否则难以制约人欲。而又要使人的自由增加，那唯一的途径就是增加输入社会的能量，即通过提高人的素质，实现科学技术的进步而发展生产力，充分满足人的物质需求。因此，这个公式中蕴含着这样一个结论：人的发展与人的自由的统一，物质需求与精神需求的统一，正符合马翁论。 在一定社会发展水平，市场充分发育、杜绝钱权交易等条件下，从自然获得物质能量所需的成本即价格，以此上式可写为商=货币/规范。 (责任编辑：admin) |
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