1、 大学物理课程论文 -话“熵”姓名：张琦学号：22012206院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器话“熵”【内容摘要】熵，最早的是由德国物理学家克劳修斯于 1850 年提出的一个概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量如果均匀分布的话那么它的熵必然会达到最大值。一个孤立的系统熵总会朝着增大的方向发展，孤立系统的能量差总会朝着趋于零的方向发展。随着热力学的进一步发展，熵增原理的运用已经不仅仅局限在小小的热力学甚至是整个物理领域里了，而是在整个人类社会中都起着非常重要的作用，可以说，熵给我们带来了一个全新的世界观。【关键词】：热力学 熵
2、生命 引力 能源 信息 麦克斯韦妖 经济和社会热力学第二定律的统计意义表明，一个孤立的系统会自动从有序的状态转化到无序的状态，并且最终达到最无序的平衡态而保持稳定。那么我们可以简单地试想一下，如果将这一定律应用于整个宇宙，宇宙的最终状态将会是变成只有分子热运动的单调乏味的死寂一片，人类也最终会走向灭亡。再将这一定律应用于生物进化的过程，生物学家达尔文的进化论指出自然界以及人类本身都是从低级到高级，简单到复杂，都是朝着更为有序更为精确的方向发展。这是一个熵减小的过程，是与热力学第二定律所揭示的规律完全相反的。其原因就在于，生命体是一种“耗散结构” ，这是一种远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物
3、质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。所以生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。而宇宙的“热死寂”则是经典热力学得出的正确的可怕的错误结论，用现有的任何物理学理论都不能解决这个问题。近年来，有物理学者宇观系统论给人们找到了引力熵减的微观过程，得出了宇宙系统总熵不变的历史性结论，给了“热死寂”以沉重的打击。宇观系统论指出，由于引力的形成本质上是源于物质的相互作用，而
4、相互作用的物体从彼此的衰变辐射场中吸收了基态物质，这些被吸收的基态物质在物体内部按基本粒子的“结构”发育成新的基本粒子，在这种不断的相互作用的过程中，就像生命演化一样，整个宇宙将会从无序向有序的方向发展。换句话说，宇宙系统的熵通过引力作用减少了。这个引力的作用和物质生命演化的熵减过程与热作用等熵增过程保持了宇宙系统的总熵不变！熵与能源。我们必须清楚这一点，熵增对应着能量的退化。孤立系统总是朝着熵增大的过程发展，这一过程必定是不可逆的。而不可逆过程在能量利用上的后果就是是一定的能量 E 从能做功的形式转化成不能做功的形式，称为“退降”的能量。而且 E 的大小与不可逆过程引起的熵增大的多少是有关的
5、。这一结论表明，熵增是能量退降的量度，它从反面即运动不转化的一面量度运动的转化能力，表示转化已完成的程度。从这里延伸，能量的品质是有高有低的，过去人们荒谬的认为，根据热力学第一定律，可以通过能量获得永世不竭的物质和能源义工享用。热力学第二定律打破了这种幻想，因为物质和能量只能做单方面的转化，尽管我们能在一定范围内变废为宝，化无用为有用，但是这种转化是以整个系统的熵的增加为代价的。所以，在工业生产飞速发展的今天，我们要如何利用有限的资源来面对能源危机，这的确值得我们进一步思考。熵与信息。1948 年，香农第一次将熵概念引入信息，从此被广泛用于信息的度量。信息能够消除人们认识上的不确定性，是有序的
6、有组织的负熵。一个未知的系统如果想要获取信息必须要消耗能量，系统的熵会减小，与此同时，环境的熵会增加。1929 年，Szilard 认为麦克斯韦妖具有获取信息的能力， （虽然当时还没有信息熵的概念）但是这种能力还是要付出代价的 就是从外界获取能量（用微型光源照亮分子） ，所以这种的小精灵的存在不违背热力学第二定律，获取信息才能赢得负熵，这就是信息和熵的关系。正是因为信息是一种负熵，信息量的减少意味着信息熵的增加。控制了信息熵将有望减少人类的脑力劳动，这也正是第二次工业革命的目标。信息熵现已运用在天气预报等众多领域。熵与经济社会。熵概念正在渗透到经济学和社会学。传统经济学认为，无限增长的需要可用
7、经济无限增长来满足。这种理念，正随着经济增长出现的资源，环境，人口等严重问题而动摇。人们开始认识到，自然界不能为经济增长提供无限的资源，横在我们面前的就会熵和热力学第二定律。从熵变的角度来看，人类社会作为一个巨大的耗散结构，为了自身的需要和发展，一直在不断地向大自然获取负熵，抛弃正熵。而大自然熵增的结果就导致，能量的不可利用性在增加。熵对人类的惩罚也已经在不知不觉中开始了：土壤遭到破坏，气候变化和能源浪费，生物多样性的减少等。经济发展受到极大的制约，人类的生存正在面临着前所未有的挑战。面对这一严峻的现象，我们不能坐以待毙，我们的目标是要减缓熵的增加，所以我们可以试着采取以下办法：节约使用能源，广泛的植物造林。尽量控制人口的增长，多多学习来争取尽早掌握自然的变化规律。这些都是很有用的减缓熵增的措施。下半学期通过对热力学定律和熵的学习，我对世界的认识上升到了一个新的高度。我认为人类社会想要获得长久的发展，必须要考虑到熵增的问题，发展和环境建设必须都要兼顾，只有维持真各个人类的社会的熵处在一个比较低的状态，我们的经济和社会才会有大发展，
