熵增原理

熵增原理表述为：一个孤立的热力学系统的熵不减。对于系统的可逆过程熵不变，不可逆过程熵增加。与热力学第二定律等价并可以表述为一个孤立系统达到平衡态以后熵最大。等价描述有很多，常用的有：绝热系统的平衡态内能最低；等压系统的平衡态焓最低；等温系统的亥姆霍兹自由能最低；等温等压系统的吉布斯自由能最低。

在绝热条件下，只可能发生dS≥0 的过程，其中dS = 0 表示可逆过程；dS>0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此，在绝热条件下，一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大，直到达到平衡态。

眼里和他的社会，它的环境，它的经济关系还是变成，并且我们家也是可以得到更好使用。

从物理学到社会学，有共通否 有。 比如熵增定律——热力学第二定律，描述一个系统，如果跟外界无能量交换，总是趋于混乱程度（熵）最大。这表明，一个社会若疏于管理，就会越来越混乱的。 上面不过是一个例子，物理学用于社会，很多很多。 社会历史领域，是不是也同样遵循着自然界的熵增定律 比如说，中国有句古话叫“从善如登，从恶如崩”。这岂不是和那条热力学定律很像吗？也许中国古人就已经发现这条规律了也说不定呢。从恶就是熵增，从善就是逆熵的过程。朝代兴亡周期律，似乎也可以用熵增来解释。农民起义，血酬定律，重构社会秩序，就是一个逆熵的过程。然后一个新的朝代又开始慢慢积累熵值了，直到达到爆发农民起义的临界点。 社会秩序的维护，也符合熵的定律。因为要维护社会秩序，就要有军队、武警、民兵、警察、法庭、检察院等国家强制性暴力机关，这就需要耗费一定的社会资源的，才有了社会秩序的稳定这一逆熵的过程。否则，一旦没有国家强制性暴力机关，社会秩序总是不会自动变好的，总是会自动地趋向于混乱无序，无法无天。这就好比，总要有一个大人看着一群小孩子们排队，否则这些小孩子们的队伍就会被喧闹打乱一样。也符合自然界的热力学定律呀。再比如一个乐队需要指挥才能有序地演奏，否则也会变得混乱一样。乐队演奏的指挥，就是一个逆熵的过程。 如何理解熵的概念?其统计物理意义又为何?热力学第三定律能说明什么问题? 熵指的是体系的混乱的程度。 物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。 热力学第三定律可表述为“在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值盯于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。据此，利用量热数据，就可计算出任意物质在各种状态（物态、温度、压力）的熵值。

每当科学研究取得新的进展时，我们总是会因此感到欢欣鼓舞，不管是我们的探测器又去到了更遥远的时空，还是我们又发现了新的可以为人类生产所利用的技术，都让大家感到一种充满生命力的希望，觉得整个人类的前途光明无限。 但是在一些理论当中，我们又会得到相反的东西，比如所谓的 增熵原理 ，按照它所阐释的定律，生命乃至整个宇宙，最终的命运都是走向消亡，那么熵到底是个什么东西呢？ 虽然是物理学当中非常有名的一个名词，但是熵其实并非一个实体性的物质，大部分情况下它都是一个 概念性的量度 ，用来描述某种特定系统的状态，尤其是构成这个系统的物质的状态变化。 因为我们的 社会 也是一个人为建立起来的系统，所以一些研究也把熵的概念运用到 社会 学这样的学科当中，用来解释其运转。 就熵这个概念本身来说，它所描述的东西跟能量的变化相关，更准确地说它就是用来衡量能量减退程度的一个参数，最早是由德国的一名物理学家提出的，从19世纪中期开始，熵开始被广泛用到各个领域当中，尤其是像热力学这样直接和能量相联系的学科。 不过和大多数物理量不太一样的是，比起应用来说，熵的本质阐释要晚的多。 所有人都在自如地使用着，但是你要问这到底说的是什么样的物质或者现象，却很少有清楚准确的定义，直到近代物理学取得发展之后，它的本质才慢慢得到廓清，用一句话来说明， 熵描述的就是某个特定的系统内部到底有多混乱。 乍一听，似乎还是很混乱，怎么会有一个物理量是用来描述混乱程度的呢？ 直观上，科学对某种现象进行描述的目的就要尽量将其精准化，要找到其中的规律、有序性，一切处在混乱中，无法计算和组织起来的现象都不再科学描述的范围内，而熵却打破了这个规定。让我们回到最初提出这个概念的科学家，也就 是克劳修斯 那里。 这位物理学家在1850年发表了一篇著名的文章，标题是《 论热的动力和能由此推出的关于热学本身的定律 》，在这篇里程碑式的文章里，他提出了一个重要的洞察， 当我们所处的环境中发生了一件做功的活动并且由此产生了热量时，一定也会有同样数量的热量在其它的物质变化中被消耗掉 ，反过来也一样。 看起来，这个描述是将我们所处的这个系统看作是一个 总热量不变的整体 ，一些活动看似生成了新的能量，实际上只是把能量从系统的某个地方挪过来了。 换句话说，能量不是孙悟空，能够从石头里蹦出来， 我们要么从已有的物质当中获取，要么就是把现成的能量从一个地方搬到另一个地方 ，所谓的生产过程并没有太大的技术含量，也不是真正意义上的生产。 当然，克劳修斯的论文当中还有第二个非常重要的论点，那就是要想让热能从温度较低的物体上去到温度较高的物体上，必须要通过特定的做功，通过消耗能量才能做到。 这也就是后来的热力学第二定律的雏形，直观上就是我们所说的，自然状态下 ，温度只能从高温传递到低温，而不能从低温传递到高温 ， 如果要反着来，必须要人为地干预这个过程。 但是这里又存在一个问题，那就是在力学当中，这样的能量运动原理上是可逆的，如何解释这二者之间存在的矛盾呢？ 克劳修斯的做法是先将这种的现象独立出来进行定义，然后为它指定了新的物理量，在那篇经典的论文发表后的第十个年头，克劳修为这种现象创造了一个新的名字，也就是 熵 。 同时他将 做功产生热量的过程称为正转变，而相反的热量变成功的过程称为负转变。 前者可以在自然状态下发生，后者却需要借助一个正转变才能实现，也就是说，热量想要变为功的形式，需要另外再来一个做功活动，以这个活动产生的热量来推动上面的热量实现功的转变。 这就好比说，我们从 坡上向下骑车的时候并不需要外力的帮助，但是从坡下向上走的时候，就要使劲了 ，要是力气不够还得再请一个人来帮忙，这个多出来的人所形成的额外消耗就是熵。 在这个观察的基础上，克劳修斯重新对这个定律进行了描述，也就是在这种负转变活动当中，一定会产生熵，它的数值至少大于零才能让整个活动得以进行，这也就是所谓的增熵原理。 如果我们的整个系统当中都是遵循自然的正转变，那么熵的数值就是零，但是这里的自然说的不仅是和人类相对的自然，而是一切符合正转变的能量活动，即便在地球上人为因素为零的地方，熵的数值也不会为零。 我们所生活的这个世界，始终都存在负转变活动，不停地形成负熵，而人类的生产生活大大增加了其数量，这个过程不仅存在于宏观的系统里，也反映在我们每一个个体身上。 至少对于现代人来说，如果没有负熵，现有的 社会 是无法运行的，但是负熵所指向的一定是内耗，也就是整个系统的消亡。

1867年克劳修斯曾表述这样的思想“宇宙的能永远守恒,宇宙的熵永远增大”,“宇宙的熵处于极大,进一步变化的能力就越小,如果最后达到极限状态,那就任何进一步的变化都不会发生了,这个宇宙将进入一个死寂的,永恒的状态”克劳修斯的表述便是“热寂说”的最初由来. 现在的宇宙学和宇宙发展的客观事实都说明了“热寂说”是错误的,这似乎说明热力学第二定律与宇宙学不相容. 热力学与宇宙学相容的关键之一是宇宙在膨胀. 考虑一种简单情况,在一定空间里有两种物质,比如一种是辐射,一种是粒子.（在高一物理教材的绪言中有这样一段话：在宇宙大爆炸的开初,有的只是极高温的热辐射和其中隐现的高能粒子……）如果两类物质的温度不同,即辐射温度Tr≠粒子温度Tm,显然,按照热力学,经过一段时间后将会是Tr=Tm.可是如果上述空间不断膨胀,结论会完全不同.膨胀会使各类物质的温度降低,一般来说,不同物质的温度随着膨胀而降低的速度不一样.辐射温度随膨胀降低得较慢,而粒子则较快.这就是说,随着宇宙的膨胀,原来温度相同的两种物质会变得不同,即Tr＞Tm,产生温度差,有人会说这个温度差不能保持,它们将由辐射和粒子之间的碰撞而消失,最后达到热平衡. 热力学与宇宙学相容关键之二是引力理论. 一箱气体,其中包含许多分子,如果气体分子分布不均匀的,按热力学第二定律演化的结果气体分子分布是均匀的,但是同样是这箱气体,如果气体分子之间的引力作用不可忽略,而且起主导作用,结果将完全不同.假定气体分子的分布开始是均匀的,在没有引力时,这是平衡态,而在引力的主导作用的条件下,均匀分布状态并不是稳定的.因为在某个局域内,由于某分子的杂乱无章的运动会使某个局域的密度会变得稍大一点,则这个局域的引力将会变得更强一些,这就会吸收更多的物质,形成更大的密度,这就是破坏不均匀. 在宇宙范围内引力是主导的,所以哪怕是宇宙开始时是均匀的,无结构的,它也会产生出非均匀的有结构的状态.各种尺度的天体,就是依靠这种非均匀化的过程聚集而成的.从早期的均匀宇宙到现在非均匀宇宙就是这样演化的. 为什么宇宙并不象热死预言那样从复杂到简单,而是由简单到复杂?因为有引力. 为什么宇宙并不象热死预言那样从有序到无序,而是从无序（混乱）到有序（有结构）?因为有引力. 为什么宇宙并不象热死预言那样从非热平衡到热平衡,而是热平衡生成非热平衡?也是因为有引力. 由于引力的存在,热寂说已成为历史的一页,为什么引力有“回天之术”,保证着宇宙的进化?因为至今还没有一个完整的引力理论,所有这些问题尚有待解决. “热寂说”一经提出,即在科学界引起了轩然大波. 1.首先对“热寂说”提出诘难的是麦克斯韦(J.Maxwell).1871年,他在《热理论》一书的末章《热力学第二定律的限制》中,设计了一个假想的存在物——“麦克斯韦妖”.麦克斯韦妖有极高的智能,可以追踪每个分子的行踪,并能辨别出它们各自的速度.这个设计方案如下：“我们知道,在一个温度均匀的充满空气的容器里的分子,其运动速度决不均匀,然而任意选取的任何大量分子的平均速度几乎是完全均匀的.现在让我们假定把这样一个容器分为两部分,A和B,在分界上有一个小孔,在设想一个能见到单个分子的存在物,打开或关闭那个小孔,使得只有快分子从A跑向B,而慢分子从B跑向A.这样,它就在不消耗功的情况下,B的温度提高,A的温度降低,而与热力学第二定律发生了矛盾”.[9]麦克斯韦认为,只有当我们能够处理的只是大块的物体而无法看出或处理借以构成物体分离的分子时,热力学第二定律才是正确的,并由此提出应当对热力学第二定律的应用范围加以限制. 尽管麦克斯韦既没有实现也没有提出任何实际的实验来检验他的假说,但这个“热力学第二定律的破坏者”却困扰了科学界一百多年,成为科学家诘难热力学第二定律并进而反对“热寂说”的著名假想实验.与麦克斯韦佯谬有关的还有后来洛歇密(Loschmid)提出的“可逆佯谬”和赛密罗(E.Zermelo)提出的“再出现佯谬”等都对单向不可逆性和热力学第二定律提出了挑战,实际上也是对“热寂说”提出了挑战. 2.在“热寂说”提出后的数十年中,对其构成最大挑战的科学假说是波尔兹曼(L.Boltzmann)的“涨落说”.波尔兹曼在对气体分子运动的研究中,最先对熵增加进行了统计解释.按照这种解释,热平衡态附近总存在着偶然的“涨落”现象,这种涨落现象并不遵从热力学第二定律.由此,波尔兹曼将气体分子运动论的观点推广到宇宙中,认为整个宇宙可以看成类似在气体状态的分子集团,围绕着整个宇宙的平衡状态则存在着巨大的“涨落”.即使在与整个广延的宇宙相比极其渺小的恒星系和银河系中,在短时期内也存在着这种相对的热平衡附近的“涨落”.按照这种假说,宇宙就必然会由平衡态返回到不平衡态.在这个区域,熵不但没有增加,而且是在减少.因此,宇宙也就不可能产生“热寂”. 波尔兹曼的“涨落说”曾广泛流传,许多人都把它作为反对“热寂说”的新发现.但天文学观测表明,至今没有任何有说服力的证据证明现在的宇宙是处在热平衡态并存在着上下“涨落”.由于缺乏事实依据,“涨落说”并没有真正从科学上解决宇宙“热寂”的问题.而且从逻辑上看,波尔兹曼的“涨落说”实际上是把宇宙“热寂”已经放在他的前提中了.因为他首先承认“涨落”是在平衡态附近发生的.而对于任何“涨落”,不论它有多大,最后必然会消失,重新回到平衡状态.尽管后来一些物理学家,如莱辛巴赫(H.Reihenbach)等发展了玻尔兹曼的思想,把时间增加的方向作为熵增加的方向,并进一步指出了宇宙中存在着熵的涨落现象,但由于同样缺乏观测证据支持而最终放弃. 3.20世纪60年代以来,以普里高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派在研究非平衡态热力学和统计物理学的过程中,找到了开放系统由无序状态转变为有序状态的途径,提出了耗散结构理论.这一理论曾被一些人用来反对“热寂说”. 所谓“耗散结构”是指一种远离平衡态的有序结构.根据热力学第二定律,系统处在热平衡态就是有最大的混乱度,此时熵值达到最高,系统即出现所谓“热寂”.而有序结构的出现即意味着熵的降低,系统便可“起死回生”.这显然与热力学第二定律相悖.如生命的发生和物种的进化等,都是从低级到高级、从无序到有序的变化,是一个熵不断降低的过程.耗散结构理论解决了这个问题.它认为关键在于系统必须是开放的,而且系统内有序结构的产生要靠外界不断供给能量和物质以及负熵流. 耗散结构理论提出不久,一些人即将其推广到整个宇宙,认为宇宙是一个无限发展的开放系统,它远离平衡态.由于它不断吸取负熵流,因而在宇宙的一些区域内,熵不但没有增加反而有减少的趋势.因此宇宙不可能变成完全无序的“热寂”状态.《纽约时报》曾于1980年发表特稿,宣称普里高津的耗散结构理论帮助人类解决了一项科学上最扰人的似是而非的问题.[10] 然而,尽管这种理论具有很广的应用范围,但对于整个宇宙来说,由于缺乏明确的物理图像和实验基础而不被天体物理学界所认可. 4.彭加勒（J.Poincaré）从科学方法论的角度对“热寂说”提出了尖锐的批评.1890年,彭加勒在《力学原理》一书中指出,任何力学模型只能局限在有限的系统内运动.在这个封闭的系统中,运动从有序开始,经过无序状态,最后必然再回到有序状态即初始状态.因此,与系统组态相联系的既定熵值,为了能回到初始状态就必然要减少.彭加勒认为,“热寂说”的出现是由于它的提出者们采用了当时流行的力学模型法造成的.因此,应在方法论上进行变革,要么承认热力学过程能回到初始状态,要么将热力学模型根本抛弃. 5.在批评“热寂说”的各种哲学观点中,有两种观点影响最大,也最普遍.一种观点认为,热力学第二定律是从有限世界得来的,因而不能应用到无限的宇宙上.如丹皮尔(W.Dampier)在其《科学史及其与哲学和宗教的关系》一书中就认为,“把热力学原理应用于宇宙理论,其有效性是可疑的.把从这样有限的例证中推出来的结果,应用到宇宙上去,是没有道理的,即令过去利用这些结果去预言有限的独立的或等温体系的情况很有成效”.[16]另一种观点则直接否认宇宙是一个“孤立系”.实际上,这两种观点本身是相互关联的,都预先设定了宇宙是一个“无限的”“非孤立系”的前提.并且一再企图证明,宇宙是漫无边际的物质,各个部分都是相互联系的,宇宙之外还有宇宙,因而不存在孤立部分.何祚庥认为,这些论证都不能证明人们永远不能把无限宇宙当作一个统一整体来把握.[17]况且,今天的科学还不能证明宇宙是否无限.因此,这种说法并不能驳倒“热寂说”.另一方面,认为从孤立系中得出的第二定律不能推广到无限宇宙去的论证,从逻辑上看也是不严密的.小范围内的自然规律外推到大范围在逻辑上并不必然错误,科学史上就有大量这样外推的先例,如绝对零度概念、热力学第一定律以及模型方法等.既然能把热力学第一定律推广到整个宇宙,那么又为什么不能将第二定律作同样的推广呢?事实上,热力学第一定律也没有在无限的条件下做过实验.因此,这种说法从逻辑上看也是不能驳倒“热寂说”的. “热寂说”提出一百多年来,各种争论此起彼伏,无休无止.有许多赞同者,也有许多反对者.他们都在孜孜不倦地寻求着这一疑难的最后答案.然而,最终都令无数英雄竞折腰.难怪大哲学家罗素(B.Russel)发出这样悲观的感叹,“一切时代的结晶,一切信仰,一切灵感,一切人类天才的光华,都注定要随太阳系的崩溃而毁灭.人类全部成就的神殿将不可避免地会被埋葬在崩溃宇宙的废墟之中——所有这一切,几乎如此之肯定,任何否定它们的哲学都毫无成功的希望.唯有相信这些事实真相,唯有在绝望面前不屈不挠,才能够安全地筑起灵魂的未来寄托”.[19]即使是像控制论之父维纳(N.Wiener)这样的科学巨匠,最终也“控制”不住自己沮丧的感情,几乎是在绝望中悲叹,“我们迟早会死去,很有可能,当世界走向统一的庞大的热平衡状态,那里不再发生任何真正新的东西时,我们周围的宇宙将由于热寂而死去,什么也没有留下……”([7],p.76) 三、“热寂说”“终结”了吗? 长期以来,对“热寂说”疑难的回答似乎都未能切中要害,缺乏说服力,因而一再爆发争论.然而20世纪六、七十年代以后,自从“大爆炸”宇宙模型逐渐得到天体物理学界公认以来,对“热寂说”疑难的讨论发生了根本性的转向,这一时期成了“热寂说”争论史上一个划时代的转折点. 宇宙早期曾一度处于平衡态,处处都有相同的温度,而且物质分布也是相当均匀的.大爆炸之后,宇宙才逐渐偏离热平衡态. 早在大爆炸宇宙理论为科学界公认之前,一些学者即正确地指明了解决宇宙“热寂”疑难的方向,关键在于应从宇宙中是否存在热平衡态这一根本性问题着手.（[17],p.77～78）现在,大爆炸理论直接证明了宇宙在膨胀,而宇宙在膨胀则是热力学和宇宙学相容的关键,那么在一个膨胀的宇宙中是否存在着热平衡态呢? 假定有两类物质,一类是辐射,另一类是粒子,辐射温度Tr与粒子温度Tm不一样.那么,按照经典热力学,经过一段时间以后,Tr与Tm必定相同.这是在静态空间中做出的结论.然而,假如上述空间是膨胀的,结论就完全不同了.由于在膨胀过程中,不同物质的温度降低的程度不一样,辐射温度降低较慢,粒子温度降低较快,就会造成Tr大于Tm而产生温差.这与经典热力学的结论正好相反.虽然这个温差会由于辐射与粒子之间的碰撞而消失,以至达到热平衡,但是由于达到平衡所需的时间比宇宙膨胀所需的时间要长,因而辐射和粒子之间就永远不可能达到热平衡.此时系统的熵尽管不断增加（这与热力学第二定律相符）,但它离平衡态却越来越远.而宇宙中发生的正是这种变化. 另一方面,宇宙膨胀的原因是由于引力的作用.有引力作用的热力学与无引力作用的热力学得出的结论完全不同.在不考虑引力的经典热力学中,加热则体系升温,冷却则体系降温,热容量是正值.而在一个自引力体系中情况刚好相反,加热则体系变冷,放热则体系升温,热容量是负值.而负热容物体的存在对于热力学来说具有根本性的影响.在一个体系中,如果同时存在着正热容物体和负热容物体,那么这个体系就具有极大的不稳定性.稍有扰动,平衡就会彻底遭到破坏而产生温差.只要有自引力体系存在,原则上就不存在稳定的热平衡,而宇宙间的天体或天体系统大多数正是这种自引力系统.尽管自引力系统中熵是增加的,但由于没有热平衡,因而熵的增加是无止境的,永远都没有极大值.[21] 因此,“热平衡的存在对整个热力学是至关重要的,热平衡是热力学的出发点.而对于引力起决定作用的体系,实际上不存在热力学意义上的热平衡态,而是不稳定的状态”.([15],p.92)这种现象在静态宇宙模型中是不可能发生的,也是开尔文和克劳修斯等人没有料想到的. 于是,人类终于从百年梦魇中醒来,爆发出热情的欢呼,“宇宙不但不会死,反而会从早期的热寂状态（热平衡态）下生机勃勃地复sū＠①”,[22]“热寂说的一页,已被翻过去了”!([15],p.92) 然而,人类的欢呼似乎来得早了一点.尽管热力学意义上的宇宙“热寂”状态永远不会到来,但宇宙的命运却不会因此而变得更加令人乐观.宇宙的结局完全取决于它的初始条件,宇宙的创生与终结始终紧密相连.大爆炸理论发现了宇宙起源的真相,同时也预言了它遥远的未来. 在大爆炸理论中有一个极其重要的参量Ω=ρ[,0]/ρ[,c],其中ρ[,c]是与哈勃常数密切相关的一种宇宙临界密度,ρ[,0]是现在的宇宙密度.若ρ[,0]＜ρ[,c],即Ω＜1,表明宇宙是膨胀的,并且一直膨胀下去；若ρ[,0]＞ρ[,c],即Ω＞1,表示宇宙起初膨胀,到达一定时刻后,就将转化为收缩.若ρ[,0]=ρ[,c],则宇宙处于两者之间的临界状态.[23]由于大多数人承认的观测结果是Ω＜1,因此宇宙一直永远膨胀下去成为最可能的一种状态.假使如此,未来所有恒星上的热核反应都将逐渐停止,留下的将是各种各样的宇宙“熔渣”——黑矮星、中子星和黑洞,而宇宙的背景辐射温度将不断下降,以至于无限地趋近于绝对零度,[24]最终达到另一种意义上的“冷寂”.宇宙另一种可能的状态是,当膨胀达到最高点,背景辐射的温度降到最低,此时宇宙开始收缩,温度又重新上升.当宇宙不断收缩至愈来愈接近它的最后阶段时,环境条件同大爆炸后不久起支配作用的那些条件越来越相似,宇宙又重新回到处于“热寂”状态的基本粒子“羹汤”状态.这实际上是一个反演过程.在宇宙暴缩的最后时刻,引力成为占绝对优势的作用,所有的物质都将因挤压而不复存在,包括时空本身在内的一切有形的东西统统将被消灭,只剩下一个时空奇点.[25]无论宇宙最后出现哪一种状态,其结果对人类来说都将是灭顶之灾. 这就是大爆炸理论为人类预言的宇宙未来和世界末日.由于这一理论也不合人们的期望,因而当它提出之日起同样也遭到了来自各方面的反对,并认为它是一个“倒了头”的宇宙“热寂说”.[26]然而,自然规律毕竟不以人的意志为转移,人类必须正确对待,最好的心态是,“我们决不能忽视物之有生亦必有死的事实,死亡或许正是为创生不得不付出的代价”.（[25],前言,p.3） 当然,还存在着一些其他并非毫无科学根据的宇宙模型,也许会带给人类新的光明和希望.人类不应该气馁.“我们的后代也许还有数十亿年甚至数万亿年的时间来对付这场最后的大屠杀.在这段时间里,生命能够扩展到整个宇宙……并对它加以控制,因此他们可以调整自己的位置,支配一切可能的资源来对抗这场大危机”.（[25],p.93～94） 无论如何,人类决不甘心坐以待毙,而科学也将一如既往地走自己的路,总有一天会给人类一个明晰的答案.

系统经绝热过程由一状态达到另一状态熵值不减少——熵增原理（the principle of the increase of entropy） 对绝热过程，ΔQ = 0 ，有ΔS（绝热）>= 0（大于时候不可逆，等于时候可逆） 或 dS（绝热）>= 0 (>0不可逆；=0可逆) 熵增原理表明，在绝热条件下，只可能发生dS>=0 的过程，其中dS = 0 表示可逆过程；dS> 0表示不可逆过程,dS<0 过程是不可能发生的。 但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此，在绝热条件下，一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大，直到达到平衡。

因为它揭示了宇宙演化的终极规律。这个规律包括我们所有生命和非生命的演化规律，生命里又包含着个人和群体的演化规律。任何一个系统，只要满足封闭系统，而且无外力维持，它就会趋于混乱和无序。生命也如此。

利用绝热过程中的熵是不变还是增加来判断过程是可逆还是不可逆的基本原理。利用克劳修斯等式与不等式及熵的定义可知，在任一微小变化过程中恒有熵增加原理，其中不等号适于不可逆过程，等号适于可逆过程。对于绝热系统，则上式又可表为dS≥0。这表示绝热系统的熵绝不减少。可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，这称为熵增加原理。

在孤立系统内，一切实际过程（即不可逆过程）都朝着使系统熵增大的方向进行，在极限情况（可逆过程）下，系统的熵保持不变。

因为这就证明了事物都是由有序向无序发展的，所以人们想要将物体使其无序变道有序，就要耗费很大的精力

熵增原理的三个基本定律：质量守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律。 质量守恒定律：是俄国科学家罗蒙诺索夫于1756年最早发现的。拉瓦锡通过大量的定量试验，发现在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。 能量守恒定律：即热力学第一定律是指在一个封闭系统的总能量保持不变。其中总能量一般说来已不再只是动能与势能之和，而是静止能量、动能、势能三者的总量。 电荷守恒定律：一种关于电荷的守恒定律。电荷守恒定律有两种版本，弱版电荷守恒定律，又称为全域电荷守恒定律，与强版电荷守恒定律，又称为局域电荷守恒定律。

熵增原理建立在一个设定上，即符合熵增原理的系统必须是和外界隔离的，它不仅要求没有和外界热交换，而且严格意义上，必须和外界没有任何的联系--------这被称为“孤立系统”---------当然，我们知道，“孤立”是相对的，因为，没有哪个物理系统能是真正和完全“孤立”的。 电磁力和引力的作用范围都遍布全宇宙------------这就意味着，宇宙中的所有事物都不会是孤立的-------所以，熵增原理可以更为准确的表述为：和外界联系越少的系统，其熵增的效应越加明显-----------这一点小小的完善会带来很多的思考：例如，是不是说一个系统和外界的联系足够的多，那么，熵增原理就足以失效呢，以及这个思考：如果一个真正独立的系统，意味着熵增效应最大，那么，它将是如何变化的？ 1.2 我们的讨论将从这个问题开始：如何定义一个系统？ 我承认，这个问题很难阐述清楚，事实上，无论是系统论、泛心论还是混沌理论或凝聚理论，以及别的很多学科，都很难严格的定义出“系统”------它的困难可以简单陈述为：当你谈论你的家时，它作为一个对象，即一个“系统”，到底包含了哪些内容，以及，这个系统是否具有实在性的意义？ 一个古老的哲学幽默是------我忘记这个幽默和哪个哲学家有关了----------一个人要去参观牛津大学，校长带他参观了食堂、图书馆、教室、体育馆等等，然后他说：你带我看了很多地方，可是，牛津大学在哪里？它对应的是泛心论所面临的一个最核心的问题：如果世界上的一切事物都有意识，那么，我们如何定义“事物”呢------------一个杯子是一个事物，那么，杯子和茶壶放在一起算不算一个事物呢-------------如果一个钟表算一个事物，那么，意味着金属原子的任何组合都算一个事物，那么，把钟表和钥匙放在一起算不算一个事物呢？你千万不要以为这个问题很荒唐----------在系统论中，或“复杂系统”的研究中，例如米歇尔写的《复杂性》，同样面临这个问题：一个人似乎是一个系统，但免疫系统更像是一个系统，当然，一个家庭也是一个系统-------这个问题可以集中在这个极其尖锐的思考上：对于多重人格而言，一个人具有多个“自我”，那么，就是具有多个“自我系统”，那么，我们该如何定义这个人的“自我”呢？ 1.3同样的，在莱布尼茨的单子论中，也面临这个极其棘手的问题：莱布尼茨天才的认定，所有的事物都对应着一个单子--------那么，一辆汽车对应着一个单子，对于这个车子的轮胎，也是一个事物，也该对应着一个单子-------问题就来了：汽车对应的单子和轮胎对应的单子到底该是什么关系呢------------在莱布尼茨的设定中，单子之间是没有任何联系的，即“轮胎”和“汽车”是没有任何联系的------这并不难设想，因为，莱布尼茨还有一个更强的设定：每一个单子都拥有其他所有的单子的信息----------虽然，轮胎和汽车没有任何联系，但是，这并不影响轮胎因为拥有汽车的全部信息，而很好的配合汽车的行为------这被称为“前定和谐论”------------即莱布尼茨认为：万物的运行是决定论的，所谓的因果是由它们前定的运动来保证的------这些都没问题，问题还是在这里：我们如何定义出一个事物--------如果你说一个汽车也是一个事物，那么，当人在驾驶时，是不是说“人”和“汽车”所组成的系统也构成了一个“事物”呢----------这里的事物就是指“系统”。

孤立系熵增原理的数学表达式吧

熵在数学上就是概率（可能状态）的对数，用通俗的语言来说就是可能性。所谓熵增原理，就是事物发展的方向，总是朝着大概率的方向变化。比如，沙漠下雨是小概率事件，所以明天沙漠是不会下雨的。又比如，一瓶香水，打开盖子后，香水很快就挥发了。因为气体分子是无规运动的，其路径有无数种，而留在瓶中的路径只是其中少数的几种。所以，平均来说，留在瓶中的气体分子会越来越少。当然，熵增原理是有范围的，为了总体的熵增，可以允许局部出现熵减的情况。比如，太阳内部的核聚变，由4个氢原子合成为一个氦原子。对于氢原子来说是熵减的过程，但是在该过程中约有百分之0.7的质量转化为能量，并最终向太空辐射出去了，这又是熵增的过程。那么，对于太阳来说，只要其总体是熵增过程，为了使该过程实现，是允许局部出现熵减过程的。大家都知道，能量是关于粒子运动能力的度量，质量是被封闭粒子运动能力的度量。前者是开放的，后者则是封闭的。因此，按照熵增原理，应该总是质量向能量转化。于是，问题来了，质量是如何产生的？质量的存在，说明曾经有过能量转化为质量的熵减过程。难道说熵增原理失效了吗？当然不是。导致熵减过程的出现，是因为自然界是不连续的，存在着质的变化。为了整体的熵增，而允许局部的熵减。比如，宇宙膨胀的早期，宇宙膨胀的速度远大于宇宙内部的传播速度。于是，随着宇宙的膨胀，宇宙内部出现了熵减现象，即局部出现了高能量子。为了保持宇宙内部的平衡即熵的增大（表现为量子之间的距离越来越大），只得临时将局部的高能量子屏蔽起来，形成了封闭体系，这就是能量转换为质量的过程。当宇宙膨胀的速度小于宇宙内部传播的速度时，宇宙内部就会随着宇宙的膨胀而熵增，即越来越平衡。于是，宇宙内部不再产生物质了。即便是已经生成的物质如太阳也会逐渐地释放能量，还原为空间。总之，熵是概率的代名词。熵增原理，就是事物总是朝着大概率的方向发展。而所谓概率，就是事物的变化是多途径的，具有或然性。

孤立系统的熵增原理就是孤立热力学系统的熵不减少，总是增大或者不变。用来给出一个孤立系统的演化方向。说明一个孤立系统不可能朝低熵的状态发展即不会变得有序。熵增原理表明，在绝热条件下，只可能发生dS≥0的过程，其中dS=0表示可逆过程；dS>0表示不可逆过程,dS<0过程是不可能发生的。但可逆过程毕竟是一个理想过程。因此，在绝热条件下，一切可能发生的实际过程都使系统的熵增大，直到达到平衡态。扩展资料：熵增原理仅适合热力学孤立体系。然而实际上，绝对的联系和相对的孤立的综合，才是事物运动的本质。虽然从处理方法上讲，假定自然界存在孤立过程是可以的。但是从本质上讲，把某一事物从自然界中孤立出来是带有主观色彩的。当系统不再人为地被孤立的时候，它就不再是只有熵增，而是既有熵增，又有熵减了。于是可以看到能量守恒定律仍然有效。参考资料来源：百度百科——熵增原理

维持蛋白质的分子三维结构的一个效应就是熵效应（熵就是混乱度，一个物体越无序越混乱其熵增越大，但是这个体系会趋向稳定），它的意义是在某种分子折叠构象下能保证该分子最稳定（熵最大）。具体表现为蛋白质分子在水中会自发折叠为一个倾向其疏水残基位于分子内部的构象。蛋白质水溶液系统的熵增是疏水作用的主要动力：蛋白质分子若把疏水集团暴露在外，水中的氢键会被之消耗，导致剩余水分子趋向形成有序的排列来“分享”剩余的氢键，引起体系不稳定，故蛋白质倾向形成使疏水集团远离溶剂水的构象。因此，在水中，为了保持体系的稳定，蛋白质分子多是以亲水基团同溶剂水分子接触的，起可溶性增加。当溶液体系温度上升时，熵效应随之加强。一旦超过临界温度（50-60摄氏度），因水分子的有序度已经降低很多了，疏水基团就可以进入水中了，这时蛋白质就析出了。

仍然满足熵增原理——这是目前我们宇宙某个地带或某种天体之外，所有行为的基本物理准则。

不能做出来

这个是什么意思啊。

汤甦野 在熵概念诞生已经150多年以后，讨论“熵是什么?”确实是一个很奇怪的问题。不过这看来确有必要，因为1854年由克劳修斯给出的熵定义dS=dQ/T至今仍然不能对熵的物理意义做出解释，而物理学家们并没有能够说明这是为什么？ 物理学家们今天通常用玻耳兹曼1872-1875年借助于某些假设而导出的熵定理S=klnW来解释熵，式中k是玻耳兹曼常数，W为热力学几率。熵定理的假设主要有两个方面：1、等几率假设，玻耳兹曼用来导出熵定理的模型是气体分子模型，等几率假设包括了分子速度分布和分子的区域分布两种含义。2、对于分子体系来说，熵单调增大而分子分布的热力学几率也是“单调增大”，因而两者之间存在联系。根据S=klnW，最常见的解释有：熵是热力学可能性，概率、混乱或无序程度的量度等。 统计解释并没有圆满解决问题，因为热力学熵和第二定律不需要考虑等几率假设，在存在相互作用情况下，等几率假设不是普遍成立的理论前提，统计解释不能普遍适用，而例外则是一种普遍情况。同时它也不能说明为什么热力学解释不了熵概念。本文所讨论的重点是如何在热力学范围内解释熵的物理意义，对统计观点所存在问题的讨论在《熵：一个世纪之谜的解析》第2版中有详细的展开说明。 我们首先要讨论的问题是：为什么克劳修斯熵定义dS=dQ/T不能对熵的物理意义做出解释？这要从克劳修斯熵概念在数学（和物理）性质两个方面的不完备性说起。 熵是一个根据数学性质定义的状态函数，但它的数学（物理）性质却并不完备，卡诺循环设计了一种闭路可逆循环，而在数学上确定一个态函数A通常借助于这样一个关系式：∮dA=0(任意路径)，克劳修斯正是根据∮dQ/T=0（可逆路径）提出了熵的定义。 dS=dQ/T只是一个数学上的定义，即借助于∮dQ/T=0(可逆而不是任意路径)证明在数学上存在一个态函数，这个态函数是什么？克劳修斯没有说清楚，因为在这样的定义形式下无法解释清楚，原因是定义的数学性质不完备。它也不像内能这样的物理量，在被证明为态函数之前就有了明确的物理意义。在某些教科书上你可以看到这样的说明：“我们强调dQ存在积分因子不是一个数学结论而是根据热力学第二定律得到的物理结论。”但是并没有发现存在某一条定律赦免了熵定义数学性质的完备性要求。 问题出在dS=dQ/T实际上不是一个全微分，这个定义令人困惑不解，定义态函数却用了Q这样的非态变量。根据态函数全微分的数学性质我们可以确定必定存在∮dS=0(任意路径) ，但是克劳修斯的结果却是∮dQ/T≤0(任意路径) ，这个结果说明dS=dQ/T不能满足态函数全微分的数学条件。而第二定律的导出就更让人感到奇怪了：熵的定义是dS=dQ/T，第二定律却来源于dS≥dQ/T，在非平衡态热力学中，我们有这样一个表达式dS=diS+deS，容易看出平衡态热力学的dQ/T只是deS（熵流）项的一种类型，说明在普遍情况下dS=dQ/T不一定成立。这是熵概念无法解释、同时也是第二定律不等式dS≥0没有全微分表达式的原因。 ∮dS=0(任意路径)是必须被满足的充分必要条件，否则熵就不能成为态函数。比较熵的定义式dS=dQ/T（可逆）和热力学第二定律的导出关系式dS≥dQ/T（可逆），不难判定dQ/T（可逆）不可能成为量S的全微分。于是问题可以归结为为：热力学需要确定熵的全微分表达式，需要一个满足∮dS=0(任意路径)的函数形式来定义熵。 有一个问题回答起来并不困难，熵概念的定义不是一个全微分而150多年来热力学的定量分析却没有发现错误的原因是：存在一个巧合，熵概念的全微分表达式已经被实际应用。 现在我们考虑怎样去确定热力学熵的全微分定义式。 在热力学中，内能U可以分为两个基本类型：1、对温度产生贡献的类型，微分式用nCvdT表示，式中n为分子摩尔数，Cv为恒容热容，T为温度；2、与广义距离有关的能量，对温度不产生贡献，微分式用Ydx表示，式中Y为广义力，dx为广义位移。例如对于一根拉紧的橡皮筋，Y是橡皮筋的张力，dx是长度的改变。分子的化学能也可以看作是Ydx一种类型，在热力学中，Ydx对应于“自由能”。 在热的输运过程中，dQ/T可以被看作已经确定的结果，即如果热力学体系对外交换能量dQ，那么熵增dS=dQ/T。 而对于做功过程，情况则有所不同，由于摩擦、阻尼等耗散因素的存在，做功过程通常也存在损耗。在可逆情况下，例如拉长一根橡皮筋，所做的功dW=Ydx，即所做的功能够以“自由能”的形式完全储存。而当存在摩擦、阻尼时，所做的功将会产生损耗，有一部份能量将转化为热，这时将有dW＞Ydx，两者的差即为转化为热的损耗dQ=dW-Ydx。熵增加为（dW-Ydx）/T。与热输运合并考虑得到 dS=dQ/T+（dW-Ydx）/T=（dU-Ydx）/T 上式是热力学中熵的一个主要表达式，但来源与经典方式不同，在大多数情况下，这个式子似乎可以用dQ/T来说明，但存在例外。对于理想气体： dS=（dU+pdV）/T=nCvdT/T+ pdV/T= nCvdT/T+nRdlnV 内能全部为对温度产生贡献的类型，其熵包含了两项：第一项解释为∫nCvdT对温度T分布的平均程度，第二项解释为空间分散程度（的量度），两种解释都来源于函数形式的数学意义。 对于内能两个不同类型的能量形式而言，对温度产生贡献的“热能” ∫nCvdT是已经产生耗散的能量类型，熵则是这种耗散的量度，自由能∫Ydx（不包含-pdV）则可解释为未经耗散的能量类型，其熵值为零。 在Ydx中，-pdV与∫nCvdT相联系而不是一种独立能量类型，这可以由“热能”的两种输运方式得到解释：第一种是热的输运，如热从高温流向低温，输运的能量已存在自发变化能力的部份耗散；第二种是热功转换，相当于从能量∫nCvdT中提纯出未经耗散的能量（自由能），而将相应的耗散量pdV保留在原有体系中，在可逆情况下，这个保留的耗散量与输出的自由能正好相等，不可逆过程则意味着产生了新的耗散。与其他类型的自由能耗散的区别在于：-pdV与dW之差对能量∫nCvdT不产生贡献，而Ydx与dW之差则对应于相应的增量nCvdT，即转化为与温度有关的能量类型。 热力学熵可以重新定义为： dS =（dU-Ydx）/T 或： dS= nCvdT/T+nRdlnV 这一结果说明热力学熵是一个能量分布函数。上述两个表达式都满足∮dS=0(任意路径)，即满足全微分的数学条件，与过程无关。同时不改变现有理论的定量分析结果，因为热力学理论已经在应用，除了定义之外，在经典热力学中，dQ/T在上两个表达式中实际上更多的是作为“偏微分”来处理。 现在我们可以给出熵概念的热力学解释： 热力学熵是能量（“热能”）∫nCvdT的能级布平均程度和(粒子)空间分布离散度的量度，其数值表达了热力学体系自发变化能力的耗散量； 第二定律表述为： 自发过程朝着“热能”的能级分布趋向平均或/和（粒子）分布离散度增大、或（和）相互作用自由能减少的方向进行；热力学自发过程内能“自发变化”能力的耗散量单调增大。

问题一：什么是熵增加原理？有何意义 熵增加原理： 利用绝热过程中的熵是不变还是增加来判断过程是可逆还是不可逆的基本原理。利用克劳修斯等式与不等式及熵的定义可知，在任一微小变化过程中恒有熵增加原理，其中不等号适于不可逆过程，等号适于可逆过程。对于绝热系统，则上式又可表为dS≥0。这表示绝热系统的熵绝不减少。可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，这称为熵增加原理。 意义： 随着科技的发展和社会的进步，人们对熵的认识已经远远超出了分子运动领域，被广泛用于任何做无序运动的粒子系统，也用于研究大量出现的无序事件。熵已成为判断不同种类不可逆过程进行方向的共同标准。熵增加的原理突出了世界的演化性、方向性和不可逆性，深化了人类对自然和社会的认识，使“演化”和“发展”越来越成为新自然观的主题。 问题二：怎样看待熵增原理 熵增原理：就是孤立热力学系统的熵不减少，总是增大或者不变。用来给出一个孤立系统的演化方向。说明一个孤立系统不可能朝低熵的状态发展即不会变得有序。 熵增原理是一条与能量守恒有同等地位的物理学原理。 熵增原理是适合热力学孤立体系的，能量守恒定律是描述自然界普遍适用的定律。 熵增定律仅适合于孤立体系，这是问题的关键。实际上，绝对的联系和相对的孤立的综合，才是事物运动的本质。虽然从处理方法上讲，假定自然界存在孤立过程是可以的。但是从本质上讲，把某一事物从自然界中孤立出来是带有主观色彩的。当系统不再人为地被孤立的时候，它就不再是只有熵增，而是既有熵增，又有熵减了。于是可以看到能量守恒定律仍然有效。 问题三：化学中的熵增原理在现实生活中有哪些意义 混乱度增大是自发的 没有法制的约束就会天下大乱 问题四：什么是熵？顺便详细解释一下熵增原理 汤d野 在熵概念诞生已经150多年以后，讨论“熵是什么?”确实是一个很奇怪的问题。不过这看来确有必要，因为1854年由克劳修斯给出的熵定义dS=dQ/T至今仍然不能对熵的物理意义做出解释，而物理学家们并没有能够说明这是为什么？ 物理学家们今天通常用玻耳兹曼1872-1875年借助于某些假设而导出的熵定理S=klnW来解释熵，式中k是玻耳兹曼常数，W为热力学几率。熵定理的假设主要有两个方面：1、等几率假设，玻耳兹曼用来导出熵定理的模型是气体分子模型，等几率假设包括了分子速度分布和分子的区域分布两种含义。2、对于分子体系来说，熵单调增大而分子分布的热力学几率也是“单调增大”，因而两者之间存在联系。根据S=klnW，最常见的解释有：熵是热力学可能性，概率、混乱或无序程度的量度等。 统计解释并没有圆满解决问题，因为热力学熵和第二定律不需要考虑等几率假设，在存在相互作用情况下，等几率假设不是普遍成立的理论前提，统计解释不能普遍适用，而例外则是一种普遍情况。同时它也不能说明为什么热力学解释不了熵概念。本文所讨论的重点是如何在热力学范围内解释熵的物理意义，对统计观点所存在问题的讨论在《熵：一个世纪之谜的解析》第2版中有详细的展开说明。 我们首先要讨论的问题是：为什么克劳修斯熵定义dS=dQ/T不能对熵的物理意义做出解释？这要从克劳修斯熵概念在数学（和物理）性质两个方面的不完备性说起。 熵是一个根据数学性质定义的状态函数，但它的数学（物理）性质却并不完备，卡诺循环设计了一种闭路可逆循环，而在数学上确定一个态函数A通常借助于这样一个关系式：∮dA=0(任意路径)，克劳修斯正是根据∮dQ/T=0（可逆路径）提出了熵的定义。 dS=dQ/T只是一个数学上的定义，即借助于∮dQ/T=0(可逆而不是任意路径)证明在数学上存在一个态函数，这个态函数是什么？克劳修斯没有说清楚，因为在这样的定义形式下无法解释清楚，原因是定义的数学性质不完备。它也不像内能这样的物理量，在被证明为态函数之前就有了明确的物理意义。在某些教科书上你可以看到这样的说明：“我们强调dQ存在积分因子不是一个数学结论而是根据热力学第二定律得到的物理结论。”但是并没有发现存在某一条定律赦免了熵定义数学性质的完备性要求。 问题出在dS=dQ/T实际上不是一个全微分，这个定义令人困惑不解，定义态函数却用了Q这样的非态变量。根据态函数全微分的数学性质我们可以确定必定存在∮dS=0(任意路径) ，但是克劳修斯的结果却是∮dQ/T≤0(任意路径) ，这个结果说明dS=dQ/T不能满足态函数全微分的数学条件。而第二定律的导出就更让人感到奇怪了：熵的定义是dS=dQ/T，第二定律却来源于dS≥dQ/T，在非平衡态热力学中，我们有这样一个表达式dS=diS+deS，容易看出平衡态热力学的dQ/T只是deS（熵流）项的一种类型，说明在普遍情况下dS=dQ/T不一定成立。这是熵概念无法解释、同时也是第二定律不等式dS≥0没有全微分表达式的原因。 ∮dS=0(任意路径)是必须被满足的充分必要条件，否则熵就不能成为态函数。比较熵的定义式dS=dQ/T（可逆）和热力学第二定律的导出关系式dS≥dQ/T（可逆），不难判定dQ/T（可逆）不可能成为量S的全微分。于是问题可以归结为为：热力学需要确定熵的全微分表达式，需要一个满足∮dS=0(任意路径)的函数形式来定义熵。 ......>> 问题五：什么是孤立系熵增原理和u3db2减原理 在孤立系统内，一切实际过程（即不可逆过程）都朝着使系统熵增大的方向进行，在极限情况（可逆过程）下，系统的熵保持不变。 问题六：存在的意义与物质的含义 没有关系。真的，事实就是这样

熵增加原理：系统在绝热条件下由始态变到末态时若经历的途径是不可逆的，熵将增大；若过程可逆，熵将不变；不可能发生熵减小的绝热过程。熵判据：△Siso=△Ssys＋△Samb 自发 平衡