科学发展要把握“熵”定律
时间:2017-12-18 20:15 来源:未知 作者:郑广新 点击:次
| 我们生活在科学大发展的时代，高举科学发展观的旗帜。但很少有人知道“熵”是科学的首要定律，甚至不认识这“熵”个字。这使我们常常背离科学发展观。 恩格斯在自然辩证法中说过：“人类掌握了“熵”就可以获得更大的自由。” 爱因斯坦强调：熵是整个科学的首要定律。 英国天文学家、物理学家、数学家爱丁顿把熵称为：整个宇宙最高的形而上学定律。 诺贝尔化学奖的获得者，英国化学家索迪预言：熵定律最终控制政治制度的兴盛和衰亡，国家的自由与奴役，商务与实业的命脉，贫困与富裕的起源，以及人类总的物质福利。 这些自然科学和社会科学巨匠的著名论断并没有引起人们对熵理论的足够认识。真理的发现和真理的普及是同样艰难的事情。 熵定律的诞生 1854年德国物理学家克劳修斯发表《力学的热理论的第二定律的另一种形式》的论文，给出了可逆循环过程中热力学第二定律的数学表示形式。1865年他发表《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》的论文，把这一新的定律正式定名为熵（entropy）的概念。证明了：任何孤立系统中，系统的熵的总和永远不会减少，或者说自然界的自发过程是朝着熵增加的方向进行的。这就是“熵增加原理”，它是利用熵的概念所表述的热力学第二定律。后来克劳修斯把热力学第二定律推广到整个宇宙，自然界任何时候都是高温自动向低温转移的。在一个封闭系统最终会达到热平衡，没有了温差，再不能作功。这个过程叫熵增，最后状态就是熵死，也称热寂。在自然科学界和哲学界人们永久铭记克劳修斯于1865年用过的两句名言： “宇宙的能量是恒定的”。 “宇宙的熵趋向最大值”。 克劳修斯1868年获选为英国皇家学会会员，1870年获惠更斯奖；1879年获科普利奖章；1882年获维尔茨堡大学颁授荣誉博士学位；1883年获彭赛列奖。月球上的克劳修斯环形山以他的名字命名。 我国物理学家，胡刚复教授于1923年首次把entropy（源自希腊语“变化”）译名为“熵”，他从热量变化与温度之比出发把商加了火字旁译成了熵。 热力学第一定律告诉我们宇宙的物质和能量是守恒的，既不能被创造也不能被消灭。只有形式的变化，没有本质的变化。而第二定律告诉我们物质和能量只沿着一个方向变化，从可利用到不可利用，从有效到无效，从有序到无序，从诞生到死亡。这个不可逆转的物质运动过程，称之为熵变过程。熵揭示了宇宙发展的重要规律。一个孤立的系统的熵不可能自发的减少，熵的总和不变，熵饱和即死亡。恩格斯在自然辩证法中说过：“熵不可能用自然的方法消灭，但可以创造出来。” 熵定律经过几代优秀科学家150多年的努力，有了长足的发展。早已从自然科学溢出，广泛用于社会科学，在统计学、控制论、生命科学、信息科学、管理科学、决策科学、哲学等领域中都有广阔的应用，并发展更为独立的熵学分支。熵已经不仅是热力学的原理，熵是自然科学和社会科学的跨界理论，是指导各个学科的首要定律，是简明透彻的认识论，是一种直达人心的世界观，是一种明了的辩证唯物论哲学。 爱因斯坦论证了广义和狭义相对论、推论了引力波，从而颠覆了牛顿的物理体系，对现代物理的发展作出了巨大的贡献。但他并没认为自己的学说是科学的首要定律，却强调：“熵是整个科学的首要定律。”我们学习爱因斯坦的思路，狭义的科学是指自然科学，广义的科学还应该包括社会科学。这是整个科学。后来熵学的发展不断证明爱因斯坦这一论断的正确性，这本身也是爱因斯坦推动人类认识世界的另一个重大贡献。我们简单回顾一下熵学发展脉络。 统计熵的出现 奥地利物理学家和哲学家玻尔兹曼在1870年发现，熵是分子运动的无序程度。后来美国物理化学家、数学、物理学家吉布斯又称为混乱程度。波尔兹曼从微观角度讨论了熵的统计意义。系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度，系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵值越大，它所处的状态越是无序，越均匀。他清晰描述了判断一个客观世界是否健康的图像和标准：不均衡是事物生命存在的条件，均衡了事物就走向终结，意味着死亡。他当时没有意识到这个结论对理解社会现象意义极其重大。这个结论从物理的规律上佐证实了，辩证唯物主义认为社会矛盾和差异是永恒的、绝对的，是社会发展的动力。我们追求社会的美好，常常善意地去追求财富、地位和权利的均衡，追求绝对的平等和消灭差别。其实是在破坏人类的发展动力，是在追求人类的终结和死亡。一个有序的社会体系应该是不均衡，不平等的，反过来均衡就是无序和混乱。准确的说我们只能追求差异的最小化，适度接近平等，只能缩小差别，而不能消灭差别，任何事情不能绝对平等，只能寻求矛盾的平衡点。这才是对立统一，唯物辩证的精髓。这也是恩克斯高度评价熵法则的原因。 生命熵的发现 1944年量子力学的创始人之一，著名的奥地利物理学家薛定谔首次提出负熵的概念，提出任何活的有机体通过不断从外界环境吸收负熵，用以维持自己相当高水平的有序来推迟他衰退到热平衡态（死亡）。把熵引入生物学，揭示了生物熵的本质； 薛定谔在剑桥三一学院的讲台上，面对爱尔兰总统等一众嘉宾，演讲《生命是什么？》时说：“自然万物都趋向从有序到无序，即熵值增加。而生命需要通过不断抵消其生活中产生的正熵，使自己维持在一个稳定而低的熵水平上。生命以负熵为生。”这是熵学在生命科学中的首次应用。生命维持和延续要从外界汲取水、空气和食物，排除废物和毒素。人类在无节制地追求财富，又弄脏了水和空气，食物里又人为地添加了很多毒素。农业时代大部分人吃不饱，过渡劳累、营养不良为熵增，后工业时代很多数人又吃的太饱，缺乏运动、营养过剩和环境污染为熵增。现在一些人要减肥，还要不运动，还要不少吃，这是明显违背熵增规律的。人类懂得熵原理，才会明确知道生命的主要熵增是什么，主要问题在哪里。所有生物的消费功能都大于当下自身的需要，目的是要储备营养，为没有食物时应急，几天不吃东西没有问题，半月不吃，没有生命危险，有些生物为对应食物短缺，采取长期冬眠的办法来应对熵增。现代人一日三餐，满足了消化能力，储备了足够的营养，但是没有应急的机会。连一顿饭吃不好，都成了天大的事。生命系统始终处在只进不出的状态。脂肪饱和堆积，没有释放的机会，生命在不断熵增。很多病就是吃出来的，还在用海参、燕窝、蛋白粉继续补。因此事如愿违，生活优越的富人常常没有生活清贫的穷人长寿，这是熵原理在起作用。浪费资源的奢侈生活方式对人类社会对个体生命都是熵增，没有一点好处。生命熵让我们容易理解饥饿才是生命的健康状态，接受七分饱三分寒的长寿模式。生命熵告诉我们，做一个优秀的人情商要高，负熵要底，要提倡简约生活。奢华不仅无耻而且愚蠢，简约不仅高尚而且科学。 信息熵的贡献 2017年是信息熵的创始人，美国信息科学家香浓诞辰100周年。香浓被称为信息之父，可以说没有香浓的信息熵，就没有今天的信息技术。1948年香浓把熵引入信息论，在信息论中，把熵和信息（负熵）相联系。把信息信号的不确定性称为信息熵。把消除了多少不确定性称为信息。信息论把对应的熵定义为比特的计算方法，成了信息量的单位。信息是数据系统有序程度的一个度量，熵是数据系统无序程度的一个度量；如果数据指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用理当越大，权重就应该越高。 信息熵奠定了现代信息论的基础。今天我们已经生活在信息社会里，享受信息科技带来的便利。但我们却忘记大量的信息熵还在我们身边。我们今天被碎片化、垃圾化熵增的大数据淹没，夺走大量的时间和精力。信息的消费者需要的不是无序的大数据而是去掉熵增的有序的小数据。这就需要提高每个人知识的水准，从而提高识别和选择能力，更需要社会有很多拥有专业知识的团队和企业做过滤和整理，生成信息之花的蜂蜜。我们才能在有限的时间内获得有效的信息。对大数据的提炼、整理和加工是一个巨大的新兴产业，还需要成千上万个智库参与进来，对去掉熵增的信息蜂蜜再做高端升华，生成信息的蜂王浆。知识才能拥有智慧的价值，第四产业才能从第三产业中真正分离出来。 更重要的是信息熵是信息技术的灯塔，可以说没有信息熵，就没有信息技术，就没有信息社会。熵法则是当之无愧指导信息社会发展的首要法则。 熵耗散的启发 生于莫斯科的比利时物理化学家普利高津在20世纪60年代，提出熵的耗散结构重要观点。避免熵死的方法之一就是建立耗散结构。耗散结构是熵学的发展的一个里程碑。阐明生命系统自身的进化过程时提出的新概念，耗散结构就是一个远离平衡的开放系统，通过不断与外界进行物质、能量和交换、整合，在耗散过程中产生负熵流，从原来的无序状均衡态转变为有序非均衡状态，这种新的有序结构就是耗散结构。耗散结构理论在自然科学及社会科学的许多领域有重要的用途。不仅进一步揭示熵的规律，而且还运用规律，明确提出解决方案。 普里高津于1969年在国际“理论物理与生物学会议”上发表了《结构、耗散和生命》一文，提出了耗散结构理论，把熵学理论的研究推向了当代的新高度。这是普里高津学派20多年从事非平衡热力学和非平衡统计物理学研究的成果。普里高津由于这一重大贡献，荣获1977年诺贝尔化学奖。 不仅是自然界，人类社会、全球组织、国家、政党、经济体、企业、大学等等都是远离平衡的结构，都具有非线性发展的特征，而且具有开放性，完全符合耗散结构的三个特征定义。因此，耗散结构的动力学模型应该适合人类社会的各种组织。 各国经济都是耗散结构，发展需要全球化，中国改革开放的力度和巨大成就，认证了熵学耗散理论的有效性。历史也证明国家融入世界易发展，闭关锁国必落后；多样性万紫千红，排他性孤家寡人；整合资源发展快，独自奋斗发展慢。世界是个整体，社会大家共存，只有发展全人类，才能最终发展自己。从社会科学角度讲，耗散结构就是开放结构、整合结构、包容结构、合作结构、互利机构。否则就是拟规律而动，必将以失败而告终。 企业作为创造财富的组织也是遵循耗散原理生存发展。华为的成功所以不易被人理解，一个重大原因就是任正非发现，自然科学与社会科学有着同样的规律。企业发展的自然法则也是熵由低到高，逐步走向混乱并失去发展动力。任正非多年来将熵理念直接引入企业管理中，经常把华为和死亡两个词关联起来，就不足为奇了。在2011年的公司市场大会上说，“公司长期推行的管理结构就是一个耗散结构，我们有能量一定要把它耗散掉，通过耗散，使我们自己获得一个新生，从而形成新的势能。” 企业既要消耗掉人力资源、外脑、原料、能源的能量，打破平衡静止的企业超稳态，建立新的发展势能。比如华为近20年来持续引进外部管理经验，包括IBM、埃森哲、HayGroup、波士顿咨询等，为华为提供了集成产品开发（IPD）、集成财经服务（IFS）等多方面的持续变革，使得华为的管理创新、组织结构创新、流程变革不断进步。企业与世界顶级科技、外脑和人力资源开放合作形成强大的软实力，成为打造负熵流的主要方法，一方面通过逆向做功，另一方面为长远发展积聚能量。确保了华为成为一家优秀的全球化公司。 不仅如此，还在公司治理领域不断创新。比如华为建立使命和基本法解决企业信仰，可以最大限度降低管理成本，是最大负熵。最突出的方式是股权员工化，内部股权最大化，把做主人的平等和收入的差异完美的结合，极大地解放了生产力，构建出世界级的竞争力，无人可敌。如果企业都能像华为那样掌握熵的原理，并渗透到管理中，人类生产力会得到极大的提升。 决策熵的突破 中国女学者邱菀华完成了决策熵的突破。2001年邱苑华教授的《管理决策与应用熵学》出版；经过十年的沉淀教学版的《管理决策熵学及其应用》出版。 这是到目前为止世界上第一个卓有成就研究熵理论女学者。而且她把熵理论引入人类思维活动的最高殿堂：决策。这也是一个被极度忽略的诺贝尔级研究成果。 邱苑华第一次明确提出熵学、熵思想概念及其十大内涵；第一次细分了企业经营决策的熵思想；第一次用大量的决策案例和严谨的数学公式全面论证了管理决策熵的存在与规律；第一次提出“熵权”、“复熵”的概念； 她预测21世纪的“熵”将像“能”一样服务于人类。 邱苑华归纳的熵思想的十大内涵： 一、熵是时间之矢 1、自然界某些过程具有不可逆性，覆水难收； 2、时光不可倒流，不存在时间隧道； 3、趋势性，封闭系统熵值趋于最大； 二、熵是系统状态的刻度，函数，熵值标志系统发展的阶段和层次，系统有多种熵。 1、熵是系统状态的丰富程度和复杂程度的表述（玻氏熵）； 2、熵是系统的无序程度或混乱程度的度量； 3、熵也是系统不确定性的度量。 4、熵值在系统里自发增大，在没有外界干预下，自动从有序到无序。 三、事物在发展过程中具有努力争取自由的倾向 按极大熵的准则，事物总是在无奈的约束条件下争取（呈现）最大的自由。自发达到最复杂、最无序的状态。 四、熵比能量更重要 熵是能量衰竭的度量，一切封闭的过程熵不会减少，终极于最大熵值。熵值越大越接近终极，熵值越小越远离终结。要控制过程的长短，需要把控的是熵而不是能量。能量的消耗和熵有关，但不是全部。 五、影响熵值主要因素 1、系统其他条件相同，规模越大熵值越大； 2、系统元素越多，熵值越大； 3、有效信息量越多，熵值越小； 4、系统的目标对熵值起决定性作用。 六、 自然界运动拒绝平衡 自然界的运动靠的是非平衡，平衡就意味着失去优势、潜力、动力、活力。 七、熵增宜疏不宜堵或者疏堵结合 八、熵规则要求人与自然必须协调发展 九、熵减要求尊重知识和人才 知识和人才是人类社会熵减的唯一源泉。 十、 信息不增值原理 在自然界使质量、能量和信息增值的办法、机构、机器是不存在的。 (责任编辑：admin) |
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