人以負熵為食文/英子

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fmdd

電梯直達

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發表于 2015-1-24 13:45:17 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

本帖最后由 fmdd 于 2015-1-24 15:17 編輯

人以負熵為食文/英子- u5 k/ t9 U! {3 J4 Q
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理工科學生應該對“熵”的概念毫無壓力，學文的朋友應該也聽過。初中的時候大家都學過熱力學第二定律，它的一種簡單表述為“孤立系統的熵值永不減少”。（閑話：我把自己歸入半文半理類，大概就是自我感覺學文會很有出息，實際死在學理的半路上的那種。）如果不是讀了《信息簡史》，我肯定不會如此眷顧這個概念，？，這個東西實在是太驚人了，你一呼一吸、一顰一笑之間竟是滿滿的熵。（高大上的感覺頓時來了，有木有？）毫不夸張地說，關于宇宙的起與滅，人類的生與死， “熵”是不折不扣的主角。
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熵與熱力學第二定律
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熵是什么呢？（下面開啟嚴肅知識模式）“熵” 這個詞兒是由熱力學主要奠基人之一魯道夫·克勞修斯首次提出的，用來表示能量的不可用程度。大家常見的表述是，熵表示體系的混亂程度（或無序程度，或隨機性）。既然是克勞修斯提出來的，熵最早自然是伴隨熱力學現身的。這就不得不重點說一下熱力學第二定律（對于物理總是不及格的人，談論初中物理知識是一種多么痛的領悟！），它有兩種表示：一種是克勞修斯版本，不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產生其他影響；另一種是開爾文版本，不可能從單一熱源吸收能量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。科學家認為這兩種表述是完全等價的，證明請參觀維基百科。加入熵的概念，并推廣到更一般的意義上，熱力學第二定律可以概括為：宇宙的熵恒增。（模式關閉） v" I" }- S/ {8 g4 b+ m
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熱力學第二定律是個真命題嗎？大家知道，這年頭已經很少有什么東西是絕對真理了，自從20世紀初物理界那些驚人的發現之后，經典物理學得出的結論基本都只能在概率意義上成立了，但這不妨礙它成為基本的科學定律。正如麥克斯韋所說：熱力學第二定律等同于真理的程度與下述命題等同于真理的程度相同——把一杯水倒入大海之后，就不可能再取回同一杯水。
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麥克斯韋妖
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哎呀，這位麥老兄一開始可不是這么想的，開始他對熱力學第二定律的態度那絕對是質疑、質疑，再質疑。他甚至變出一只妖精來“恐嚇” 大家，這就是名垂千古的“麥克斯韋妖”。麥克斯韋妖是麥克斯韋提出的一個假想實驗的存在物，它好似一個身手敏捷的小妖精，在不需要做功的情況下，能將密閉容器中混合均勻的A、B分子神奇般地分開；能將常溫鐵棒的一端變得滾燙，而另一端變得冰冷；能將食鹽溶液分為食鹽顆粒和清水……總之，可以反轉正常的擴散過程。不得了啊，好讓人激動啊，你我雖然不是物理學家，但一想到若真存在這樣一個“無限敏銳的感官存在物”，那也會激動得忘記穿鞋而到大街上狂奔的！這不正是人類夢寐以求的嗎？雨滴會從地面飛回云里，人們會從墳墓走回搖籃……! G$ Q& S/ U1 a

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熱寂
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熵在宇宙學中也掀起了軒然大波。“熱寂”聽過嗎？沒聽過沒關系，猜猜就知道什么意思了。熱寂（heat death）是關于宇宙終極命運的一種假說，是根據熵增原理推出來的。毫無疑問我們可以把宇宙看成一個孤立系統，那么根據熱力學第二定律，宇宙的熵就會隨著時間的流逝而增加，直到達到某個最大值，這時候宇宙中其他有效能量已經全數轉化為熱能，所有物質的溫度達到熱平衡，也就是說宇宙歸于靜止和死寂的狀態。聽完一身冷汗呢，有木有？生命消散，所有能量交換都stop了，這是一條徹頭徹尾的黃泉路啊！
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等等，你可能想問，麥克斯韋妖是否真的存在？熱寂說真的代表宇宙的盡頭嗎？本著嚴肅的科學素養，我絕對不會告訴你答案，破壞你在燈火闌珊處找到答案后回眸一笑的愜意。% o, I2 I8 W' n' x1 j. i% F; S
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生命在于負熵6 z+ H: E2 T- Z6 N3 ~( Q
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其實最key的point是熵跟生命糾纏到一起了，這聽起來簡直酷斃了。人類自從有了意識，就對生命充滿敬畏，同時無時無刻不想揭開生命的面紗——生命究竟是什么？這可不光是生命科學家的事兒，就連大名鼎鼎的量子物理學家埃爾溫·薛定諤都要專門搞個講座來試探性地回答這個問題。后來，薛定諤根據講座內容整理了一本小書，叫《生命是什么》，是一本相當搶手的科普讀物呢！不服不行，牛人就是牛人，業余性地研究一下下都能有如此轟動的效果。話說，薛定諤的這本書引發了一場生物學革命，開出了好一朵燦爛的花兒，名字叫“分子生物學”。
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埃爾溫·薛定諤
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薛定諤在這本書中提出了一個驚人的觀點：生物體以負熵為食。他認為：“新陳代謝的本質是，生物體成功地使自己擺脫在其存活期內所必然產生的所有熵。”當無生命的孤立系統處于均勻一致的環境中時，其中的運動最終會趨于靜止，溫度趨于均勻一致，化學反應最終也會停止，也就是達到了熵的最大化。無生命的和有生命的系統總有一些特征驚人地相似，以目前的技術看來，所有的生命都有一個終點，那就是死亡。好，且說人吧，每個人熵最大化的狀態便是死亡（由熵談論死亡也是個有意思的話題，好吧，這里且不說）。因而，人在生命期限內，一直保持不穩定的狀態，對抗熵增加。5 [% W: |8 f _5 c, U, N

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對抗熵增加也就意味著人要讓自身變得有序，怎么辦？從環境中汲取秩序。低級的汲取秩序也就是一個人要存活，要從周圍獲取食物，說白了，你得吃，這是生理需求。那高級的汲取秩序是什么？你要增加自身的技能，長見識，在跟他人和社會的交往中獲益，說白了，這是馬斯洛的各種高級需求。可以簡單地認為，對抗熵增加需要付出智慧，而這是人類生存的根本。
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其實這里還有一個非常大膽的結論：人以信息為食。不知道可否證明“人以負熵為食”與“人以信息為食”完全等價。中間其實有一條證據是“信息是負熵”（維納），這能作為充要條件嗎？對不起，我數學也沒學好。
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（下面開啟胡言亂語模式）從“人以負熵為食”我得出一個非常俗氣的結論，如果一個人什么都不做，熵就會增加，用一句大白話表示就是：你的德智體美勞會全面下降，你正以前所未有的正加速度沖向死亡的終點。嗯，一般人可能不愿意這么坐以待斃！思考也罷，攝取信息也罷，產生點負熵吧！（結束）2 \" f! {/ G7 G# m
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最后，其實麥克斯韋妖和熱寂都是可以破滴，自己找書看吧！書的名字它就叫，就叫，就叫什么來著~~~- w+ X; n5 f6 B; K9 A
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有一種追捧，發自內心: u( H; `9 I" ~* F5 n' I
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讀書的過程中非常驚喜，神經緊繃，邊讀邊暗自感嘆作者的知識廣博、語言幽默含蓄、見解深刻獨到，并且在讀完的時候還帶有一副意猶未盡以及稍顯傷感的神態，怎么就沒了？你明明想看到更多！這樣的書不常有，《信息簡史》算一本。1 g1 ~, _+ O+ Y8 Z) P/ n3 E