“熵”谈

在热力学中引进了一个非常重要的概念――“熵”，在热力学第二定律的表示中也可称之为熵增原理。那么熵是什么呢？

“熵”字当然是我们中文对这个概念的表示，熵字的中文意思是热量被温度除的商，所以创造了“火”字偏旁加一个“商”字。因而相同热量的温度高则熵小，温度低则熵大。熵的外文原意为“转变”，指热量可以转变为功的程度，熵小则转变程度高，熵大则转变程度低。

这样定义的“熵”，实际上可以表征着分子热活动的混乱无序程度的量度。由于物体往往是自发的由非平衡趋向于平衡。气体也是自发的从有序转变的无序。我们知道在平衡状态下，混乱度最大，因此熵也最大；在非平衡状态下混乱度小，因此熵也较小，于是对于一个有限的系统来讲，如果把它封闭起来与外界不发生热交换和热传递，那么这个系统发生的任何过程都应该是自动的从较小的熵值状态变到最大的熵值状态，因而熵是永远增加的。

熵的变化一般只与过程的初始和终结两个状态有关，而与中间的过程无关。对于理想气体或者可逆循环，它变化过程的熵是常数。但是对于有摩擦情况的机械系统或者有热传导的过程，它们在过程变化前后，熵值是增加的。

有人曾经做了这样一个实验，两种不同的气体都已处于平衡状态，如果他们中间的隔板一取走，两边气体要扩散，最后再达到均匀混合，这时由于自动混合，是混乱度增加，于是熵值要增加。相反，如果两种相同的气体在处于平衡状态以后，同样把中间隔板取走，这时两边气体不需要扩散，混乱度没有改变，它的熵值不变。

熵值原理曾经被人错误地推广应用，有人说整个宇宙是一个孤立系统，因此宇宙的熵必然趋向于极大，最后达到热平衡，到那一天整个宇宙不再有热的变化，也不再有温度的差异，可是宇宙由于无热运动而变得死一样静寂，这就是所谓的“热寂佯谬”。“热寂”的错误就在于假设了“整个宇宙是一个孤立系统”。这一点是错误的。这是把一个有限的小系统与宇宙这样一个无所不包、没有边界的庞大系统相提并论，这从原理上和思想方法上都是不允许的。宇宙不但无界，还一直在膨胀，是永远也达不到热平衡的，因此熵可以一直增加，这是没问题的。

当我们对“熵”有这样一个基本的了解以后，当然也可以进一步提出我们的疑问或提出我们的建议。比如，熵增原理与我们的设想中的“反世界”、“反宇宙”有没有抵触？也就是假如还有一个“反宇宙”存在的话，那里也是遵循的熵增原理吗？

另外熵是作为混乱程度的量度，它实际上与温度、压强一样也是一个物理量。但是温度可以用温度计测量，压强可以用压强计测量，为什么不能用“测熵计”来测量呢？但愿有人发明这种计量仪器，将会使人更感性的认知“熵”，也会更好的证明热力学第二定律。

说了这么多，那“熵”到底能不能减少呢？即能不能获得“负熵”？上世纪奥地利物理学家薛定谔在《生命是什么》一书中提出人之所以吃饭并不是为了补充什么能量（热量），也不是为了补充营养蛋白质，更不是为了满足口欲，而是为了获得“负熵”，“熵”是无序混乱，“负熵”就是有序，、就是熵减，人通过吃饭，把身体的无序度减小，走向有序。比利时的普里戈金提出“耗散结构理论”，主题思想就是：一个远离平衡的开放系统，不论它是物理、化学，还是生物，甚至是经济、社会或精神的系统，通过与环境进行物质、能量、信息的交换耗散，从而就可能自发组织起来，从无序变为组织有序的动态结构，获得的“负熵”只要大于系统熵增的，就会最终形成熵减的新的有序结构。上述的宇宙系统就是通过膨胀而远离平衡态的开方系统，物质从“物”中生有，又从“有”通过膨胀湮灭为“无”的过程中，成为一个从简单到复杂、从低级到高级直至产生出万物之灵的动态进化系统。