价值的物理学定义

价值的物理学定义

在自然科学家看来，人类的发展过程实际上就是有序化的增长过程，人类的一切生产与消费实际上就是“负熵”的创造与消耗；在社会科学家看来，人类的发展过程实际上就是本质力（即劳动能力或社会生产力）的增强过程，人类的一切生产与消费实际上就是“价值”的创造与消耗。然而，无论是自然科学家还是社会科学家，既不承认“负熵与价值毫不相干”，也不承认“负熵就是价值，价值就是负熵”。如果能够把“负熵”与“价值”联系起来，并对价值做出物理学定义，这必然会对实现价值理论以及整个社会科学的自然科学化，产生极为重要的作用。

一、熵函数的来源及统计学意义

　　热力学第一定律就是能量守恒与转换定律，但是它并未涉及能量转换的过程能否自发地进行以及可进行到何种程度。热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律，它有不同的表述方法：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化；第二类永动机是不可能造成的。热力学第二定律是人类经验的总结，它不能从其他更普遍的定律推导出来，但是迄今为止没有一个实验事实与之相违背，它是基本的自然法则之一。
　　由于一切热力学变化（包括相变化和化学变化）的方向和限度都可归结为热和功之间的相互转化及其转化限度的问题，那么就一定能找到一个普遍的热力学函数来判别自发过程的方向和限度。可以设想，这种函数是一种状态函数，又是一个判别性函数（有符号差异），它能定量说明自发过程的趋势大小，这种状态函数就是熵函数。
　　如果把任意的可逆循环分割成许多小的卡诺循环，可得出
　　∑(δＱi/Ｔi)r＝０ (1-1)
　　即任意的可逆循环过程的热温商之和为零。其中，δＱi为任意无限小可逆循环中系统与环境的热交换量；Ｔi为任意无限小可逆循环中系统的温度。上式也可写成
　　∮(δＱr/Ｔ)＝０ (1-2)
　　克劳修斯总结了这一规律，称这个状态函数为“熵”，用Ｓ来表示，即
　　ｄＳ＝δＱr/Ｔ (1-3)
　　对于不可逆过程，则可得
　　ｄＳ＞δＱr/Ｔ (1-4)
　　或 ｄＳ－δＱr/Ｔ＞０ (1-5)
　　这就是克劳修斯不等式，表明了一个隔离系统在经历了一个微小不可逆变化后，系统的熵变大于过程中的热温商。对于任一过程（包括可逆与不可逆过程），则有
　　ｄＳ－δＱ/Ｔ≥０ (1-6)
　　式中：不等号适用于不可逆过程，等号适用于可逆过程。由于不可逆过程是所有自发过程之共同特征，而可逆过程的每一步微小变化，都无限接近于平衡状态，因此这一平衡状态正是不可逆过程所能达到的限度。因此，上式也可作为判断这一过程自发与否的判据，称为“熵判据”。
　　对于绝热过程，δＱ＝０，代入上式，则
　　ｄＳj≥０ (1-7)
　　由此可见，在绝热过程中，系统的熵值永不减少。其中，对于可逆的绝热过程，ｄＳj＝０，即系统的熵值不变；对于不可逆的绝热过程，ｄＳj＞０，即系统的熵值增加。这就是“熵增原理”，是热力学第二定律的数学表述，即在隔离或绝热条件下，系统进行自发过程的方向总是熵值增大的方向，直到熵值达到最大值，此时系统达到平衡状态。
　　熵函数的统计学意义：玻尔兹曼在研究分子运动统计现象的基础上提出来了公式：
　　Ｓ＝ｋ×ＬｎΩ (1-8)
　　其中，Ω为系统分子的状态数，ｋ为玻尔兹曼常数。
　　这个公式反映了熵函数的统计学意义，它将系统的宏观物理量Ｓ与微观物理量Ω联系起来，成为联系宏观与微观的重要桥梁之一。基于上述熵与热力学几率之间的关系，可以得出结论：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。系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大的状态转变，这就是隔离系统熵值增大原理的微观物理意义。

二、耗散结构及其形成的条件

　　一般物质系统的自发过程都是朝着混乱程度增大的方向进行。在孤立系中，气体总是从高压区向低压区扩散，热量总是从高温区自动流向低温区，两种气体总是自发地相互混合等等，总之，在孤立系的一切自发过程总是使熵值增大。然而，生物界和人类社会却是另一番景象，它们不断发生进化，不断从无序走向有序，不断从简单走向复杂，与热力学原理似乎是完全背道而驰的。
　　对此，普利高津提出了“耗散结构论”，他认为：当处在远离平衡的开放系统中，通过控制某些边界条件可使系统失稳，并过渡到与原来稳态结构完全不同的新的稳定态。这种建立在不稳定态之上新的有序的稳定结构，是依靠与外界不断交换物质和能量来维持的，称之为耗散结构。他还认为，一个远离平衡态的开放系统，有可能通过从外界取得“负熵流”的办法来抵偿系统内部的熵增量，使系统总的熵变为零甚至为负值，从而使系统的有序化程度越来越高。这样，普利高津在不违反热力学第二定律的条件下，把物理学规律与生物学规律统一起来了，为用物理学和化学方法来研究生物学问题开辟了道路。
　　耗散结构的形成需要满足四个条件：
　　一是开放系统。熵和能量一样是可以传递的物理量，不同之处在于孤立系统必须遵守能量守恒定律，而熵则不必守恒，它会在自身的不可逆过程中自发地产生出来。只要系统与外界的熵交换小于熵产生，则系统的总熵变就小于零，从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说，系统进入有序的耗散结构状态，并不与热力学第二定律相矛盾。
　　二是远离平衡态。开放系统是形成耗散结构的必要条件，而不是充分条件。一般系统在近平衡态的输运、涨落等总是尽可能地趋近于平衡状态，因此平衡态和近平衡态是不可能出现耗散结构的。只有在远离平衡态，线性关系不再适用，熵产生率不再随时间单调减少，而是可增、可减，也可随时间振荡变化。
　　三是非线性的正反馈作用。正反馈不仅是热力学系统产生的原因，也是有序化产生的重要因素，它可以看作是一种自我复制、自我放大的机制，正是这种机制使无数个小分子的微观行为协同动作，而产生出宏观的、有序化的行为来。
　　四是涨落导致的突变。由于物质系统存在某种非线性的正反馈作用条件，系统中的某些涨落一旦达到正反馈发生作用的临界条件，该系统就会产生突变现象。任何耗散结构都是通过某种突变过程而出现的，并通过多种形式的突变过程不断地向前发展。生物进化的过程经历了无数次分叉，形成了复杂的“进化树”，其中的每一次分叉都是由于偶然的涨落因素作出的选择。

三、有序化能量与无序化能量

　　要使耗散结构朝着自发的方向进行，则必须使下式成立
　　ｄＳ＝ｄＳe＋ｄＳi≤０ (1-9)
　　即 ｄＳe≤－ｄＳi (1-10)
　　根据“熵”的原始定义ｄＳ＝ｄＱ/Ｔ可知：Ｔ是熵流的温度，其值永远为正；而ｄＱ是该熵流中能够改变系统内部要素有序化程度的那部分能量。当ｄＱ为正值时，ｄＳ为正值，称为正熵，说明该熵流只能降低系统的有序化程度，它所对应的能量ｄＱ是一种引发无序化过程的能量；当ｄＱ为负值时，ｄＳ为负值，称为负熵，说明该熵流可以提高系统的有序化程度，它所对应的能量是一种引发有序化过程的能量。虽然在形式上讲，影响耗散结构有序化过程的因素是熵或负熵，但真正起实际作用的却是熵或负熵所对应的能量，任何形式的熵或负熵都是以一定的物质能量作为其客观内容和基本动力。例如，对于一般的动物来说，输入体内的负熵主要来自于食物所包含的生物化学能量。为了区别熵及其所对应的能量，现提出熵变能的概念。
　　熵变能：熵变ｄＳ与其温度Ｔ的乘积称为熵变能，用ｄＱb来表示，即
　　ｄＱb＝Ｔ×ｄＳ (1-11)
　　正熵变能与负熵变能：熵变能可分为负熵变能和正熵变能两种，其中负熵变能就是用于促进耗散结构的有序化过程的那部分能量；正熵变能就是用于促进耗散结构的无序化过程的那部分能量。
　　有序化能量与无序化能量：负熵变能由于能够促进耗散结构的有序化过程，因而称为有序化能量，用Ｑy来表示；正熵变能由于能够促进耗散结构的无序化过程，因而称为无序化能量，用Ｑw来表示。
　　到底怎样区分有序化能量与无序化能量？如果一束能量没有任何确定性，完全不能按照主体需要的进行流动和转化，那么就是完全无序的，此时能量的流动和转化具有无限多的选择方向；相反，如果一束能量能够完全按照主体需要进行流动和转化，具有完全的确定性，那么就是完全有序的，此时能量的流动和转化只有一个选择方向。由此可见，能量进行流动和转化时所具有的选择方向越多，其有序性就越低，即选择方向的数量在根本上决定着能量的有序性。现提出有序化能量的计算方法。
　　Ｑy＝Ｑ∑(Ｐi/ｉ) (1-12)
　　其中，Ｑ为总能量，ｉ为能量运动与变化的状态数或自由度，Ｐi为能量第ｉ种状态的发生概率。
　　根据能量自由度和发生概率的不同取值，有序化能量有四种特殊形式。
　　１、完全有序化能量。当ｉ＝１，Ｐi＝１，则Ｑy＝Ｑ，即当能量进行运动与变化时的状态完全确定时，其有序化能量等于其实际能量。
　　２、状态型不完全有序化能量。当ｉ＞１，Ｐi＝１，则Ｑy＝Ｑ/ｉ，即当 能量以多种状态进行运动与变化时，其有序化能量等于其实际能量除以状态数。
　　３、概率型不完全有序化能量。当ｉ＝１，０＜Ｐi＜１，则Ｑy＝Ｑ×Ｐi，即当能量以一种状态进行运动与变化，其有序化能量等于其实际能量与发生概率之乘积。
　　４、完全无序化能量。当ｉ→∞，Ｐi＝１，则Ｑy→０，即当能量以足够多的状态进行运动与变化时，其有序化能量就趋近于零。
　　有序化能量的最基本特征就是目标性，它是判断能量是否有序以及有序化程度的客观标准，对于不同的主体，能量有序性的判断标准是不一样的。例如，牛羊的大量繁殖对于老虎来说是有序化能量的增长，但对于植物来说是无序化能量的增长。
　　对于一般的低等生物来说，只有很少的几种能量是其有序化的能量形式。例如，对于植物来说，只有能够得到有效利用的太阳能是其有序化的能量形式；对于动物来说，只有食物（而且是主食）中所含有效的生物化学能是其有序化的能量形式。对于人类来说，有序化的能量形式是多种多样的，并且随着生产力的发展而不断扩展：人类最早的有序化能量主要是食物，由于火的应用，人类扩展了食物的范围；由于人类可以按照不同的需要建造各种各样的扩展耗散结构，从而间接地把许多形式的无序化能量转化为有序化能量；人类还可以通过发电设备将各种水力、煤炭、石油、核能、风能、太阳能等无序化能量转化为电能；由于电能可以方便地流动和有效地转化，因而逐渐取代食物成为人类主要的有序化能量。

四、广义有序化能量

　　耗散结构论认为，负熵是维持和发展耗散结构有序化过程的“动力源”，只有不断地向系统内输入负熵流，才能抵消其内部所产生的熵增，阻止系统向无序化方向的变化，以维持和发展系统的有序化运动。显然，这种观点只是从纯能量交换的角度来考察耗散结构的有序化过程。
　　然而，自然界的物质除了具有能量这个最基本的特性以外，还具有许多其他的特性，如物理特性、化学特性、生物特性、社会特性、信息特性等，这些非能量的物质特性只要组织和配合得好，都可以用来促进人类的生存与发展，用来维持和发展人类的有序化，在客观上起到了与有序化能量相同的作用，并可按主体的客观需要折算成相当数量的标准有序化能量，即耗散结构的有序化进程不光是由能量交换的情况来决定，还必须由物质交换和信息交换的情况来决定。由此可见，一些非能量形式的、广义的有序化能量可以依附于有序化能量之上，间接地对耗散结构的有序化程度产生影响。例如，洞穴虽然并不为动物直接提供食物能量，但它能在冬季为动物御寒，使动物减少体热的散失，还降低动物的疾病发生率和死亡率，这在客观效应上减少了食物能量的流失，提高了动物机体对食物能量的利用效率。显然，这些非能量形式的“有序化能量”从客观效应上确实起到了与有序化能量完全相同的作用，同样可以促进着耗散结构有序化发展，在功能特性上起着替代、补偿、加强、催化、扩展有序化能量的作用，是一种间接的有序化能量。为了区别这些特殊的有序化能量，现提出如下概念。
　　有序化虚能：物质的某些非能量特性对于主体起着替代、补偿、加强、催化、扩展有序化能量的作用，从而可折算成一定数量的有序化能量，称为有序化虚能，用Ｑx来表示。
　　广义有序化能量：有序化实能Ｑs与有序化虚能Ｑx之代数和，称为广义有序化能量，用Ｑg来表示，即
　　Ｑg＝Ｑs＋Ｑx (1-13)
　　一般来说，物质的所有非能量特性都可以通过能量的物理变换或化学变换来间接地获取，或者说，只要有了足够的能量，任何形式的物质特性都可以通过物理方式或化学方式来得到，因此有序化虚能实际上就是一种间接的有序化实能。由此可见，广义有序化能量又可以认为是由直接有序化能量和间接有序化能量所组成。

五、价值的物理学定义

　　不难发现，广义有序化能量的概念完全建立在自然科学基础之上，其内涵已经与建立在社会科学基础上的价值的内涵基本相同，由此提出价值的物理学定义。
　　价值：对于确定的主体，事物所具有、所释放的广义有序化能量就是价值，用Ｑg来表示（为了简便起见，可用Ｑ来表示）。
　　根据价值的物理学定义，不难得出如下结论：
　　1、价值的度量单位与能量单位完全相同，即“焦耳”或“大卡”是价值的标准度量单位。
　　2、有序化能量有一个最基本的特征，那就是目标性。不同的主体有着不同的目标性，同一事物对于不同主体将表现出不同的价值，因此要确定事物的价值，必须首先确定主体。
　　3、由于主体的目标性不仅随着环境条件的变化而变化，而且随着主体内部状态的变化而变化，因此要确定事物的价值，还必须确定环境条件和主体的内部状态。
　　4、由于有序化能量的计算是以“标准有序化能量”为基本尺度，同一事物的价值会因选取的标准有序化能量不同而得出不同的数值，因此要确定事物的价值，还必须确定“标准有序化能量”。
　　综上所述，负熵与价值虽然都是推动主体有序化发展过程的动力与源泉，但它们并不是等价的，既有联系也有区别，其联系主要表现在：负熵所对应的能量形式（即负熵能）是价值的最基础形式，价值是负熵能的发展形式，是广义的负熵能。其区别主要表现在：
　　1、度量单位不同。负熵的度量单位是“焦耳/开”，价值的度量单位是“焦耳”，只有负熵能与价值有相同的度量单位。
　　2、负熵考虑的只是能量交换对主体有序化的影响程度，价值不仅要考虑能量交换，而且还要考虑物质交换和信息交流对主体有序化的影响程度。
　　3、负熵往往是单一形式和单一层次的，而价值是多形式和多层次的，根据对负熵能进行替代、补偿、加强和扩展时的不同方式，价值可分为四个基本层次，且每一基本层次的价值又可有多种具体形式。
　　4、负熵只反映了对主体有序化过程产生直接影响的那部分能量，而无法反映产生间接影响的另一部分能量。负熵概念使人们只能认识到怎样才能有效地接受能量的作用，而价值概念使人们能够认识到怎样才能有效地利用能量和驾驭能量。
　　总之，价值的本质实际上就是广义负熵所对应的能量（即广义负熵能或广义有序化能量），而不是广义负熵，更不是负熵。

六、价值的物理学定义向社会学定义的拓展

　　然而，从物理学角度所定义的“价值”概念是否与从社会学角度所定义的“价值”概念相一致？也就是说，物理学意义的“价值”是否与社会学意义的“价值”相吻合？这关系到以上所研究的“价值”的物理学定义是否科学的大问题。
　　食物能量（即食物中所含有的生物化学能量）是人类得以生存与发展的最基本的有序化能量。可以证明：所有形式的价值都可以直接或间接地折算成一定数量的食物能量（详见第四章第一节“所有价值的统一度量”一文）。
　　不难发现，无论是物质的价值还是精神的价值，无论是社会的价值、集体的价值还是个人的价值，无论是经济的价值、政治的价值还是文化的价值，人类的一切价值都可分为劳动价值与使用价值两种基本类型，而使用价值可分为生产资料使用价值与生活资料使用价值两大类。
　　1、生活资料使用价值可以折算成一定数量的食物能量（详见第二章第七节“使用价值的层次结构及其逻辑关系”一文）。生活资料使用价值可分为四个基本层次：温饱类、安全与健康类、爱与尊重类、自我发展与自我实现类使用价值。（一）温饱类使用价值是以食物中所含有的生物化学能量为核心内容，其它生命元素（如空气、水、阳光、温度、盐、微量元素、营养物质等）在一定限度上的缺失都可以通过添加相应的食物能量来进行替代和补偿；相反，这些生命元素在一定程度上的增加可以直接或间接地减少食物能量的消耗。也就是说，除了食物能量，其它生命元素的使用价值都可以折算成一定数量的食物能量，即所有温饱类使用价值都可以折算成一定数量的食物能量。（二）安全与健康类使用价值的客观目的，主要在于提高人的自然生命的安全性，降低人的自然生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类使用价值的实际使用效率，因此可以折算成一定数量的食物能量。（三）爱与尊重类使用价值的客观目的，主要在于提高人的社会生命的安全性，降低人的社会生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类、安全与健康类使用价值的实际使用效率，因此也可以折算成一定数量的食物能量。（四）自我发展与自我实现类使用价值的客观目的，主要在于提高人的理性生命的安全性，降低人的理性生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类、安全与健康类、自我发展与自我实现类使用价值的实际使用效率，因此也可以折算成一定数量的食物能量。
　　2、劳动价值可以折算成一定数量的食物能量（详见第三章第四节“劳动量的全新度量方法”一文）。劳动价值是一种特殊的使用价值，它是劳动者本人在劳动过程中所释放出来的使用价值，即劳动力这种特殊事物所具有的使用价值，它的产生和转化过程是：劳动者在消费阶段通过消费一定数量的生活资料使用价值以后，并将其通过转化为劳动潜能；在劳动阶段通过劳动将劳动潜能释放出来，并将其转化为劳动价值；在生产阶段通过与生产资料产生相互作用，并将其转化为产品的使用价值。劳动价值的大小可以采用“社会必要的生活资料使用价值消费量”进行度量，因此劳动价值可以折算成一定数量的生活资料使用价值，即折算成一定数量的食物能量。
　　3、生产资料使用价值可以折算成一定数量的食物能量（详见第一章第三节“价值的两种基本形态”一文）。在一般生产系统中，投入的生产要素可分为生产资料（包括自然资源）和劳动力两大类，其中生产资料主要表现为生产资料使用价值，劳动力主要表现为劳动价值，生产资料使用价值的客观目的在于替代、补偿、加强和扩展劳动价值的功能作用，两者在信息的驱动下产生相干作用和协调作用，从而形成价值增长，生产资料使用价值在生产系统的均衡状态下与等量的劳动价值具有等效的价值增值效力，因此可以折算成一定数量的劳动价值，即折算成一定数量的食物能量。
　　总之，任何形式的价值都可以直接或间接地折算成一定数量的有序化能量（即食物能量），由此可见，社会学意义的“价值”概念与物理学意义的“价值”概念完全一致，价值的物理学定义完全符合价值的社会学定义。