向经典热力学的挑战——从负熵到“负熵论”

向经典热力学的挑战
——从负熵到“负熵论”
王身立
一、宇宙热寂论、麦克斯韦妖与负熵
热力学发展的初期，克劳修斯（R.J.E.Clausius）和汤姆逊（W.Thomson，即开尔文LordKelvin）等人，把热力学第二定律滥用于整个宇宙，得出荒谬的“宇宙热寂论”，认为整个宇宙都发生着熵增加，最后整个宇宙将会达到热平衡，熵值达到最大，温度差消失，压力变为均匀，所有的能量都成为不可再进行传递和转化的束缚能，整个宇宙都陷入停止变化、停止发展的状态。
在19世纪，能够认识到热寂论谬误的科学家寥寥无几。在文献中留下记录的，只有波耳兹曼（L.E.Boltzman）和麦克斯韦（J.C.Maxwell）两人。早在1866年，离克劳修斯提出“宇宙的熵趋向极大值”的论点不过一年时间，甚至当克劳修斯还来不及进一步发挥成宇宙热寂论时（克劳修斯说宇宙将发生热的死寂是在1867年），玻耳兹曼就注意到生物的生长过程与熵增加相拮抗的事实。他说：“生物为了生存而作的一般斗争，既不是为了物质，也不是为了能量，而是为了熵而斗争（联系上下文来看，波耳兹曼这句话的意思是说生物学过程是对抗熵增加的斗争——本文作者注）。这种斗争在能量从热的太阳到冷的地球的转移过程中很有价值。为了尽可能利用这种转移，植物铺开了它的面积大得不可计量的叶片，以一种尚未探明的方式，迫使太阳去完成我们在实验室中不知道如何完成的化学合成。”1895年，波耳兹曼还曾进一步提出“微观起伏”说来反驳热寂论。
麦克斯韦也模模糊糊、隐隐约约地意识到，自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他当时无法清晰地说明这种机制。他只能假定一种“类人妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。这就是1871年出现的有名的“麦克斯韦妖”（Maxwell’s demon）的概念。
由于麦克斯韦妖只是一种猜想，当然不可能解决宇宙热寂论的问题。玻尔兹曼所说的绿色植物进行光合作用与熵增加相拮抗，则要求从阳光输入更多的负熵，也就是说，是以太阳的更大的熵增加为代价的。至于微观起伏，也远远不足以与宇宙中极其巨大的熵增加过程（例如恒星的衰老死亡和宇宙本身的膨胀）相抗衡。于是，宇宙热寂论成了19世纪的自然科学留给20世纪的一大疑难问题。
1914年，斯莫鲁霍夫斯基（M.Smoluchowski）第一次揭示了“麦克斯韦妖”的荒谬性。他提出“妖”的新陈代谢问题。他指出，干预系统的“妖”要看作系统的一部分，不然就不是孤立系统。当时斯莫鲁霍夫斯基的想法太粗略，以至没有能够说服物理学家们。
齐拉德（Leo Szilard）在斯莫鲁霍夫斯基工作的影响下，对麦克斯韦妖作用的原理进行了较为深入的分析。1929年，德国《物理学期刊》上发表了齐拉德的一篇论文“精灵的干预使热力学系统的熵减少”。首先，齐拉德提出熵减一定以系统的某种物理量作为补偿，这一物理量的补偿实际上就是增加信息。齐拉德的工作是现代信息论的先导，他还提出了一个计算信息量的公式：
I=-k（W1lnW1+W2lnW2）
式中W是热力学几率。齐拉德还首次提出了“负熵”这个经典热力学中从未出现过的概念和术语。齐拉德这篇开创性的论文当时也没有被人们充分理解。更令人遗憾的是，他本人也没有沿着这条道路继续探索下去。
1944年，著名的物理学家、量子力学的奠基人之一、诺贝尔奖获得者薛定锷（E.Schrodinger）出版《生命是什么？》一书，更加明确地论述了负熵的概念，并且把它应用到生物学问题中，提出了“生物赖负熵为生”（或译“生物以负熵为食”）的名言。薛定锷说：“要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境中不断地吸取负熵。我们马上就会明白，负熵是十分积极的东西。有机体就是赖负熵为生的。或者更确切地说，新陈代谢中的本质的东西，乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。”
负熵的概念最初是不容易被人们接受的。薛定锷本人也明白地写道：“关于负熵的说法，遭到过物理界同事们的怀疑和反对。我首先要说的是，如果我只是想迎合他们的心意的话，那我就该用自由能来代替这个问题的讨论了”。薛定锷一开始就意识到负熵与自由能的联系，说明他的目光敏锐，思想深刻。如果有一种机构，它是一个开放系统，能够不断地从外界获得并积累自由能，它就产生负熵了。生物体就是这种机构。动物从食物中获得自由能（或负熵），而绿色植物则从阳光中获得它们，这真是“生物赖负熵为生”！后来著名的美籍俄裔理论物理学家兼科普作家盖莫夫（G.Gamow）在一本通俗著作中也讨论过这个问题。
二、熵与信息
经典热力学中关于熵的概念，最先是由克劳修斯提出来的。它的定义是
即“热温商”，作为热力学过程不可逆程度的一种量度。统计力学使我们对熵这个概念的实质有了更为深刻的理解。统计力学中对熵的定义是玻尔兹曼关系式：
式中W是分子热运动状态的几率（热力学几率）。这样，熵便是分子随机热运动状态的几率大小的量度，也就是分子热运动的混乱程度或无序度。
如果所讨论的对象不限于分子热运动，我们也可以借用熵的概念来描述并非分子热运动的其他任何物质运动方式、任何事物、任何系统的混乱度或无序度。这样，我们就可以有另一种关于熵的概念，它是热力学和统计力学中熵概念的推广，可以叫做广义熵。广义熵也可以借用玻尔兹曼关系式来定义，但式中W可以是任何一种物质运动方式所可能有的运动状态的数目。
广义熵也可以说是我们对事物运动状态的不肯定程度（不定度），这事实上就是信息论和控制论中关于熵的概念。这一概念几乎同时分别由费歇（R.A.Fisher）、维纳（N.Wiener）和申农（C.E.Shannon）从数学上表述出来。它也是由几率来定义的：
当我们得到足够的信息后所消除的关于事物运动状态的不肯定性程度，或者说所消除（或减少）的熵，可以叫做负熵，也就是信息量：
信息量所表示的是体系的有序度、组织结构程度、复杂性、特异性或进化发展程度。这是熵（无序度、不定度、混乱度）的矛盾对立面，即负熵。
关于信息论的熵与热力学熵的关系，布里渊（L.Brillouin）、林启茨（H.Linschitz）和奥根斯坦（L.Augensine）等曾进行过初步讨论。在数学式中的表示方面，比较（2）和（4）两式，于是我们有：
由（5）式可知，只要通过单位的换算，就可以用信息量表示负的熵值，也可以用熵来表示负的信息。
在文献中，熵和信息曾有过许多种不同单位或不同符号的表示法，但在概念上却只有两种。一种是热力学的熵，只能应用于分子或其他粒子的热运动这种特定的物质运动方式。它可由实验数据得出（经验物理熵），也可由分子运动的统计理论推演而得（理论物理熵）；另一种是广义熵，它来自信息论和控制论，可应用于描述任何一种物质运动方式（包括生命现象）的混乱度或无序度，它的矛盾对立面叫负熵或信息量，是组织结构复杂程度或有序度的表示。广义熵概念的含义比热力学熵要广，对于热力学过程可还原为热力学的熵（通过单位换算）。但热力学的熵却并不能应用于非热力学过程，因为热力学熵的概念局限于粒子热运动这种特定的物质运动方式，它与能量（热量）的分配有特定的比例关系。对于并不涉及热能转换的非热力学过程，是不能应用的。可以说，热力学熵的概念是包含于广义熵之中的。
三、从不可逆过程热力学到耗散结构理论
本世纪40年代，科学中出现了一连串的新概念冲击着经典热力学。除了前述薛定锷提出的负熵概念、控制论和信息论中对于熵概念的推广之外，还有以普里高津（I．Prigoging）为首的布鲁塞尔学派提出的“非平衡定态”热力学理论。到50年代，进一步发展为“不可逆过程热力学”，终于在70年代发展为耗散结构理论。耗散结构是指在远离平衡的条件下，借助于外界的能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构，它随着外界的输入而不断地变化，并能进行自组织，导致体系本身的熵减少。普里高津用数学方法从理论上论证了耗散结构的存在，并且用他所创立的非平衡、非线性热力学理论进行了深入的研究。耗散结构在某些物理化学过程、自动控制系统以及生物学过程中都有很重要的意义，它有助于阐明生命现象中组织结构和有序度增长的现象。由于这方面的卓越贡献，普里高津荣获1977年的诺贝尔化学奖。
50年代普里高津曾在《不可逆过程热力学导论》一书中指出，不可逆过程热力学中关于非平衡态的描述“与生物机体的显著特征精彩地相符合。”“在生物机体生长时，实际表现出当向定态发展时熵产生减少的事实。”“生物体组织结构普遍地增加的事实相应于熵减少。”因而普里高津说：“生物机体的行为，从经典热力学观点看起来，总似乎是如此奇异，热力学对这样体系的可应用性时常是有疑问的。我们可以说，从开系和定态系的热力学观点看起来，它们主要行为的更好了解是获得了。”德格鲁脱（S．R．de Groot）也指出，“（生物）系统在生长的最后阶段达到每单位质量具有最小熵增率的状态。在此过程中熵本身在减少，而此时在有机体内发生组织结构的增长。”“进化理论说到在这过程中的内部复杂化趋势，与上面提及的熵减少是一致的。”
普里高津和德格鲁脱说生物体组织结构的增长相应于熵减少，这里所说的熵，事实上是信息论的熵（广义熵）而不是热力学的熵。看来，普里高津后来察觉到了这一点。因此他在耗散结构理论中就小心翼翼地避免使用熵减少或负熵来指有序化。他只是说，耗散结构依靠来自环境的负熵流输入而产生有序化，但他决不再轻易说有序化也是熵减少。这是普里高津的严谨之处。他将整个耗散结构理论局限于热力学中。即使是“非平衡、非线性”热力学，也仍然是热力学！
但是，普里高津并不留恋经典热力学的过去时代，而称自己“一生主要着眼点在未来”，是属于未来的乐观派。我们透过普里高津一系列的论著和讲演，看到他正酝酿着一个更远大的目标：如何把自然科学、生命科学和社会科学三者的发展规律统一起来，即向着广义的大统一进军。
要实现这个大统一的目标，不彻底突破热力学的框框恐怕是不行的。事实上普里高津已经从非平衡和非线性两个方面在向经典热力学发起突破性的进攻了。虽然他目前还做得很不彻底，但他毕竟开始认识到信息论概念对发展耗散结构理论的意义。他自己说，他在耗散结构理论中“使用了物理—化学语言。另一些人可能喜欢说成负反馈，或自动调节等等。因此把我们的探讨与信息论密切联系将是可行的”。布雷默曼（H．J．Bremermann）说得更为透彻：“不能只从能量的耗散来推演生物的结构，更重要的是信息。”生物系统和社会系统都不是热力学的耗散结构而是信息系统，只有广义的、信息论的负熵概念才是它们共同统一的因素。耗散结构与负熵的研究如果能够与信息论和控制论的研究结合起来，就有可能出现新的突破。
四、信息热力学
既然热力学熵的概念包含在信息论的熵（广义熵）概念之中，那么，是否可以从信息论概念来推广整个热力学，或者说，建立一种研究信息系统的更广义的理论体系，而以热力学系统作为其特例呢？下面即试图从这方面进行一些初步探论。
热力学系统与通信系统 对于热力学过程来说，如果没有冷热的差异或矛盾，热是不能传递和转化的。单一的热源既不能传热，也无法作功。要使作热运动的分子朝一定的方向运动，以传热和作功，就得用冷源来控制分子运动的方向，使热量从高温流向低温。这里，冷源的作用是提供信息，以控制热能转移的方向。
从信息论的观点来看，冷源便是一个信息源。在热量转移过程中，冷源接受热源的一部分热量，分子运动的混乱度增加。用信息论的术语来说，热源是一个噪声源，它对冷源发生噪扰。这样，我们可以借用信息论的概念和术语把“热源——热机——冷源”所组成的热力学系统看成是一个通信系统，传热过程可以看成一个通信过程。
热力学第二定律的信息论表述方式 用信息论的术语来表述热力学第二定律，便是：如果不从外界得到新的信息，那么对信息所进行的操作和变换不可能使信息量增加，或者说，不定度不可能减少。热力学第二定律的信息论表述方式的含义更广，可应用于并非热力学过程的任何信息传递或变换过程，因此，可以称之为广义的热力学第二定律。
热和功 热是质点不规则的随机运动，是一种未受控制的能量形式。而能量作功时则是一种有规则的形式，能量以功的形式传递可以受到控制和管理。可以说，热是不带有信息的能量形式，而功则是一种带有信息的能量传递形式。因此，当利用冷源通过热机而提供信息，以控制和管理热源的能量传递方向，就可以获得功。当功这种带有信息的能量传递形式受到噪扰时便更会损失信息而转化为热，例如摩擦这种不规则的机械运动形式就会产生“噪声”，使信息损失，因而使功转变为热。
热力学第二定律的信息论表述方式告诉我们，任何自动进行的热力学过程总是要损失信息的。因此，功可以损失掉它所携带的全部信息而完全转变为热。而在不引起外界其他变化的条件下，热却不能全部转变为功，这是因为在没有外界提供附加信息的条件下，信息的损失无法得到补充的缘故。同样，电能、光能、化学能等等，都是带有信息的能量形式，它们都可以全部转变为热，但在外界不提供附加信息的条件下，热就无法全部转变成其他任何一种携带信息的能量形式。
束缚能和自由能 能量的传递和转化必须有信息的控制才能进行。例如两个温度相等的物体进行热力学的相互作用，当外界不时它们作功时，由于缺乏信息，热的传递不可能进行。但这两个物体都含有热能，这种由于缺乏信息而无法传递和转化的能量，便是束缚能。废热就是一种束缚能，除非另外向它提供信息，否则便无法利用。
当二物体间存在温度差时，它们进行热力学的相互作用，就会产生单向性的热量传递。这是因为较冷的物体向较热的物体提供了信息，因而控制较热的物体的热量向较冷的物体转移。能够转移的热量部分便是“”（exergie）。另一方面，较冷的物体本身也具有一定温度，具有内部的分子随机热运动，在与较热物体的相互作用过程中又不断受到较热物体的噪扰，因此它不可能提供完全的信息。当两物体达到温度相等的热平衡状态时，便不再有可以利用的信息，因此能量传递就无法再进行。这时的为0，只有束缚能或“”（anengie或anexergie）了。
在热力学中，自由能F=U-TS，式中U是总内能，由于热力学过程受分子热运动本身的噪扰而损失信息，也就是由于熵S的存在，使得其中TS的部分无法进行传递和转化，TS这一项即束缚能。
可逆过程与不可逆过程 对于可逆过程，当其沿正方向进行后，又沿反方向进行而返回初态时，不引起周围环境的任何变化，能量传递或转化的能力毫无损失。因此，可逆过程实质上是不损失信息的过程。
理想的卡诺可逆热机，因为其中不存在任何漏气、摩擦和其他任何损失，因之也不损失信息，故能可逆地循环运转。热力学中设想的所谓准静态过程，过程进行的每一步都处在连续的平衡状态，变化无限小地进行，过程进行的时间无限长，这样，在每一步中都几乎没有发生信息的损失，因而是可逆的。这相当于信息论中的“正规变换器”或“非奇异变换器”。
不可逆热机由于有把功转变为热的摩擦存在，摩擦所导致的分子随机热运动对过程进行中的信息传递发生了噪扰，信息受到损失。因此不可逆热机的效率小于可逆热机。不可逆热机有信息损失，相当于信息论中的“非正规变换器”或“奇异变换器”。
五、信息与能量
极好的说明。对于耗散结构，输入的负熵也是与输入的能量成正比的。但对于信息系统，输入的信息与输入的能量之间却不存在这种比例关系。例如一部收音机或电视机，它输入的信息是通过天线接收的电台或电视台的载波信号，信号的强弱与信号本身包含的信息量不成比例关系。输入信号的信息量与电源供给的电源之间也不存在比例关系。这里，从电源输入的是热力学的负熵，而从天线输入的是信息论的负熵。系统内部的有序化，例如显像管屏幕上图像的有序化或喇叭声频振动的有序化，也可以用信息论的负熵来描述。这种有序化虽然要以电源的热力学负熵输入作为先决条件，但两者之间却并不存在因果关系。从天线输入的信息论负熵才是产生这类信息系统内部有序化的原因。正如人脑活动的有序化与吃饭（供应能量或热力学的负熵）之间不存在因果关系一样。
消耗不同的能量可以传递同样多的信息，而不同的信息量却又可以用同样多的能量传递出去。例如用不同的功率来拍发同一份电报，它们所传递的信息相等，消耗的能量却不同；而信息量不同的两份电报，却又可以用同样的功率拍发出去。因此，为节省能量计，实际的信息系统往往都是用很微量的能量来传递极其大量的信息。无论是工程技术中的通讯系统和自控系统，还是大自然本身所造成的生命系统，都是如此。例如对一部电子计算机输入很多指令，就只要消耗很少的能量。动物体的神经系统用来指挥肌肉活动所消耗的能量，与肌肉活动本身所消耗的能量相比，就简直小得微不足道。
信息系统从信息输入装置（例如天线）输入由很小的能量所携带的大量信息，这大量的信息又可以控制电源所提供的大量能量的变化，例如转化为电视机荧光屏上的有序化图像。自控系统往往还能控制更大得多的能量变化。这就是用小能量控制大能量的原理，或信息放大器原理。
对于热力学的耗散结构，其内部的有序化是由单一的热力学负熵流而引起的，除此之外，它再没有其他的信息流输入，这就是普里高津之所以能够避开信息概念的原因。也正因为如此，输入的负熵和能量之间才存在确定的比例关系。这就是说，热力学的耗散结构中不存在信息放大机制。但对于信息系统，热力学的负熵流（例如电源供给）与信息论的负熵流（例如天线输入的信息流）分开了，出现了信息放大机制，系统内部的有序化程度是输入的信息流所引起的，与电源所输入的负熵之间就不再存在因果关系和比例关系了。
“麦克斯韦妖”问题的实质也就是用信息来控制能量的转移或变换。1929年齐拉德（L．Szilard）发表了一篇讨论熵的论文，被认为是申农信息论的先导，其中就提出麦克斯韦妖要减少它所控制的系统的熵，它就要付出代价——本身产生熵增加。1948年，维纳在《控制论》一书中也指出，“麦克斯韦妖在动作以前，必须收到有关前来的粒子的速度和位置的信息”。到50年代，布里渊应用熵的信息论解释，指出麦克斯韦妖要能分辨粒子运动速度的大小，就必须从外界获得信息，引起环境更大的熵增加。或者说，麦克斯韦妖必须从环境中获得更多的负熵为代价。于是，麦克斯韦妖的疑难就最后被解决了。
麦克斯韦妖疑难的解决，不仅是旧问题的结束，而更是新问题的开始。维纳说：“拒绝由麦克斯韦妖产生的问题要比解答这个问题简单。否认这种东西或这种结构存在的可能性是最容易不过的事了。严格意义上的麦克斯韦妖不可能存在，可是如果我们一开始就接受这一点而不加以论证，那我们就要失去一个难得的机会来研究关于熵和关于在物理学、化学和生物学中麦克斯韦妖的可能意义的系统知识。”如果我们把从外界输入负熵而产生有序化的系统都看成是一种含义经过修正的麦克斯韦妖，我们就有了一个统一的概念来研究包括耗散结构、信息系统和生命系统在内的一切产生负熵的开放系统了。含义经过修正的麦克斯韦妖并不违反热力学第二定律，它是在以环境提供负熵为代价的舞台上演出的有声有色、内容丰富、威武雄壮的史剧。热力学第二定律只告诉我们，每一台这样的史剧迟早都要结束。而我们的任务是研究每一台史剧，并且去导演水平更高、信息量更大的史剧！薛定锷的负熵概念、维纳的控制论、申农的信息论、普里高津的耗散结构理论……，都是科学舞台上一幕幕威武雄壮的史剧。也许，一场更为威武雄壮的科学史剧正在等待我们去编导哩！
六、负熵和宇宙论
麦克斯韦妖的疑难解决了，还有宇宙热寂论疑难的问题。耗散结构以及其他一切含义经过修正的麦克斯韦妖，都依赖于从环境输入负熵而产生有序，因此，这种有序化是以环境中更大的熵增为代价的。如果把耗散结构与其环境整个看成一个系统，那么这个系统是仍然要产生熵增加的。事实上，普里高津本人也没有给耗散结构的研究提出解决宇宙热寂论的任务。钱学森同志说：“普里高津的理论是很有启发性的，它使我们从经典热力学的窒息气氛中解放出来，再也不必去召唤麦克斯韦妖来减小某处的熵了。”如果我们把这句话理解成普里高津的理论已经解决了热寂论问题，那就错了。
恩格斯早就说过：“只有指出了辐射到宇宙间的热怎样变得可以重新利用，才能最终解决这个问题。”同时，恩格斯还明确地预言：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径（指明这一途径，将是以后自然科学的课题）转变为另一种形式，在这种运动形式中，它能够重新集合和活动起来。因此，阻碍已死的太阳重新转化为炽热星云的主要困难便消失了。”宇宙中散逸的辐射怎样才可以重新集中起来呢？有能够吸引辐射的机制吗？哦，那是黑洞！黑洞具有极其强大的引力，引力场强到使其周围的空间高度弯曲，以致光线也无法辐射出去。在黑洞的引力范围内，一切物质，包括辐射及其所携带的能量，都将被它吸积（accretion）进去。即使是恒星所散逸出去的辐射以及2．7K宇宙微波本底辐射或其他任何废热，都能够被黑洞所吸积。这就会造成宇宙中某些区域高度的质能集中。近年来的研究表明，这样集结起来的能量有可能重新活动起来而释放出去。例如英国理论物理学家霍金（S．W．Hawking）把广义相对论、热力学和量子力学结合起来探讨黑洞理论，提出黑洞可以通过量子力学的“隧道效应”发射粒子，从而进行“蒸发”。到最后阶段黑洞蒸发极快，因而最终将是一场猛烈的爆炸。也有人设想，由黑洞的爆炸可能产生新的恒星和星系。
也许，黑洞还可能有其他的释能方式。总之，在黑洞中集结起来的能量不一定是束缚能，而是可能转化和重新活动起来并释放出去的自由能。从外部供给黑洞的可以是高熵的质能（例如宇宙中的弥散性辐射或“废热”），而黑洞的吸积和质能转化却可以把它们变成低熵的质能。从某种意义上来看，黑洞本身是可能产生负熵的，它并不需要从外部获得负熵流。名闻遐迩的科普作家阿西莫夫（I．Asimov）说：“在黑洞里，热力学第二定律被颠倒过来了，因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡，但黑洞里却在逐渐复兴。”
黑洞能导致宇宙的局部收缩，但还不足以与整个宇宙的膨胀相抗衡。宇宙膨胀是由宇宙大爆炸开始的，宇宙大爆炸通常被看作是宇宙时间箭头——熵增的本原。因此，要最终解决热寂论的问题，还必须找到宇宙收缩的机制。根据爱因斯坦的引力理论，宇宙将来是会发生收缩的。爱因斯坦引力理论对宇宙发展图景的预言是，宇宙从大爆炸开始，膨胀至它的最大限度，然后收缩以至坍缩。这一预示后来被许多学者推广了（R．C．Tolman，A．Avez， R．P．Geroch， S．W．Hawking， R．Penrose）。
有迹象表明中微子具有静止质量。宇宙大爆炸产生的中微子比其他物质粒子的总数还要多十亿倍，即使中微子只有一丁点儿质量，整个宇宙中的中微子质量总和就要大大超出所有其他物质的质量总和。据称根据测定的中微子静止质量计算，中微子的总质量要占宇宙总质量的百分之九十以上。因此，中微子有可能是控制我们宇宙膨胀和收缩的关键性因素。有人认为，中微子对宇宙密度的贡献有可能在将来导致宇宙收缩。这样，宇宙热寂论的最后阵地就被攻破了！
七、负熵论——一个未来的新学科
信息论的负熵概念较热力学的负熵概念含义要广，而且具有普遍性意义，可以称为广义负熵。要实现普里高津提出的自然科学、生命科学和社会科学研究对象进化发展规律的广义大统一的目标，进化发展程度或有序度的表示方法是一个极为重要的问题。广义负熵或信息量的概念提供了表示的一般性原则，并且将这种表示方法与许多不同学科中出现的形形色色的熵和负熵的概念联系起来，使这许多驳杂的概念之间的联系和区别变得清晰。广义负熵在许多不同但却相互有关的学科中都有相应的概念，这就便于人们对不同学科中提出的不同的熵和负熵的概念进行比较，并因此而建立各门学科之间的准确关系。可以说，广义负熵的概念满足了当代科学发展中提出的“大统一”这个普遍而深切的要求，从而成为联系许许多多不同学科的纽带。广义负熵给许多不同学科提供了一个共同的、统一的词汇，这就有助于为这些不同学科建立一套共同的语言，促进它们的相互渗透和相互丰富，从而实现普里高津提出的广义有序化（实际上就是广义进化）的大统一的目标。这个大统一性质的未来的新学科，我们是否可以称之为“负熵论”呢？我们不妨先给这个未来的新学科译一个外文名：将negentropy（负熵）这个词的词尾-y改为表示学科的词尾-ics，就成为negentropics（负熵论）了！
负熵意味着进化发展。因此，负熵论也就是广义进化论。1859年，达尔文（C．R．Darwin）的巨著《物种起源》问世，正式奠定了生物进化论的基础。达尔文的积极支持者和战友赫胥黎（T．H．Huxley）自称达尔文的“斗犬”，不遗余力地宣传进化论，并在1884年出版了《进化论与伦理学》（即《天演论》）一书，阐述了关于整个自然界进化发展的广义进化思想。他把进化观点从生物界推广到整个宇宙：“对世界的局部来说是这样，对整体来说也是这样，自然知识越来越导致这样的结论：天上的列星和地上的万物都是宇宙物质的部分过渡形式，在沿着进化的道路前进”。“只要我们称之为科学知识的那种对事物的性质的有限揭露还在进行，它就会越来越有力地使人相信，不仅植物界，而且动物界；不仅生物，而且地球的整个结构；不仅我们的行星，而且整个太阳系；不仅我们的恒星及其行星，而且作为那种遍及于无限空间并持续了无限时间的秩序的证据的亿万个类似星体，都在努力完成它们进化的预定过程”。生物进化、宇宙进化、耗散结构、信息系统、自动控制系统……，它们都能产生有序化，这就是广义进化。可以说，负熵论（广义进化论）是关于整个自然界进化发展的带有普遍性意义的综合性理论体系。我们热切地期待着，这个新课题能引起更多人的兴趣，大家共同努力，使负熵论这个未来的新学科或新的自然科学理论体系尽早诞生。
从“负熵论”谈劳动的价值
http://www.wyzxsx.com/Article/Class17/201006/158594.html
阅读完这篇自然科学的论文，联系社会科学的一些问题，我提出了如下的见解：
我认为，负熵这个词的含义不如熵减小更加准确。因为负熵是一个形容词加一个名词形成的一个名词。而熵减小是一个名词加一个动词词组形成一个动作。
我的理由是，熵的减小都是通过劳动而达到的。而且本质上都是通过人类的或生命体的劳动达到的。
另外，我认为，熵不可能小于0.熵总是正的。所以负熵应当用熵减小来表达。当然也许这是我的视野还不够先进。但我想强调的是熵的减小是源自生命体的劳动，而并非是自然存在于非生命系统之中的某种物质。
这样假定就给马克思主义中对于劳动的论述留下了一个论证的依据。如果自然科学能够证明熵的减小是达到生命繁盛甚至宇宙广义进化的基础。那么就能够证明劳动是使人类获得最终幸福的基础。
在我论述生命与非生命的一个差别的时候，我提到了，生命体是主动地去寻找能源以在深度和广度上扩张熵的减小，并维持生命过程自身。而非生命体是被动地在能源的输入下形成一个耗散结构，被动地维持、发展这个耗散结构。而在王身立的论文中他提出了另一种关于这两者之间差别的看法。
他认为，生命体在降低熵的过程中产生了信息。这是生命体同非生命体的差别。生命体利用信息能够实现扩大熵的降低的范围，能够寻找新的能源，并维持这种熵的降低。
那么比较两种理论，我可以将信息的产生作为生命体能够实现主动寻找自由能的必要条件。
而这种信息的产生过程，使用我们人类生活之中的语言就是“知道”。或发现。从而将人类的一切科学和生产活动都纳入到了这个理论体系之内。
从这一个理论出发，物理学原理可以对于人类社会中的组织过程提出本质性的指导：人们若要实现正确的劳动，就必须获得关于此种劳动的足够的信息。通过人类的脑力劳动，对于信息的创造和产生，是人类在下一步中利用自己的身体或利用自然界的物质和能量，有效地降低熵，为人类创造幸福生活，包括食物、交通、居住、以及文化娱乐的基础，同时也是人类在处理一切自然的或社会的生存挑战时能够取得胜利的基础。
这一理论将指导我们达到为数众多的社会学真理，例如中国古代的“先胜而后战”等。它对于当代管理科学的贡献也是有的。
并且，从中我们可以发现，人类劳动是一切幸福的根源。这一点和马克思主义原理是符合的。根据这一理论，许多资产阶级的经济学，许多否定劳动在分配中的权利的理论将遭受彻底的批判。
我们据此可以宣称，自然科学可以证明：劳动创造价值，而不是资本创造价值。
价值的物理学定义
仇德辉
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”。对价值做出物理学定义，为实现价值理论以及整个社会科学的自然科学化，具有极为重要的理论意义。
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
∮(δＱr/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
ｄＳ j≥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
前文得知，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的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)
有序化能量与无序化能量：熵变能可分为负熵变能和正熵变能两种，其中负熵变能用于促进耗散结构的有序化过程，即称为有序化能量，用Ｑy来表示；正熵变能用于促进耗散结构的无序化过程，即称为无序化能量，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的程度的客观标准，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一种有序化能量的增长，但对于植物来说是一种无序化能量的增长。
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按照主体的客观需要所折算成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)
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），而不是广义负熵，更不是负熵。
“麦克斯韦妖”与“文化的科学”
——从怀特的《文化科学》看自然科学的人文使用情况
摘要：自然科学与社会科学接合、交融已经成为一大研究趋势。本文通过人类学新进化论代表人物怀特所著《文化科学》中的一大理论贡献——能量学观点与物理学中的能量观点的对比，联系到科学思想与人类学理论的互相影响，考察如何在传统的人文科学中引入自然科学的方法，能引入到什么程度，并提出一种可能的走向。
关键词：新近化论；文化科学；能量；热力学第二定律；自然科学；人文学科；综合研究
1、问题的提出：
科学技术的发展、新知识的不断产生和运用，社会发展问题的不断涌现已经使自然科学与社会科学接合、交融成为一大研究趋势。早在九十年前，列宁曾提出“从自然科学奔向社会科学的潮流”。在今天，这种潮流有了更新的特点：数学方法与计算机的广泛使用、系统论、控制论、信息论等“公共科学”的发展、在技术、生产、管理、经济多方面的接合等。
自然科学的原理和方法在人类学中也早有应用，进代理论思想、统计方法、结构分析、同位素分析、生物技术、图形技术、影像技术的使用等等“外援”一直伴随着人类学理论方法的发展史。那么，如何在传统的人文科学中引入自然科学的方法，能引入到什么程度，是我所关心的问题。
本文以新进化论代表人物怀特所著《文化科学》中的一大贡献——能量学观点作为对象，从物理学的重要定律－热力学第二定律，熵，以及、能量守恒的使用、耗散结构等角度回答上述问题。同时涉及到自然科学与社会科学在发展史上的互相影响。
2、阐述和意义
A、热力学发展及简述
人本主义与“科学的苏醒”起源于文艺复兴时期，准确地说，是复活：“文艺复兴”（Renaissance）来自于法语“重新”（re）“活”（naitre），德国人名曰“宗教改革”（Reformation），意大利人叫“五百年代”（Cinquecentc）。近代科这精神在这个时代就建立起来了。但只有在延续了崇尚“和谐”，以美为美，以理性作为理性来理会的独立精神，对自然作理性观察的自然观，并以此为基础建立起数学的力学系统，近代宇宙观才得以形式。这种宇宙观被称作牛顿的一元宇宙图景。
从运动的遥远天体到地面物体，从火山爆发到人类的呼吸，整个自然被数学和力学完美的地刻画。把自然从超自然中解脱出来，从神学的控制中解脱出来，依据自然来研究自己与环境的方法无疑打开了人类的视野：把自然现象独立，以“他者”的眼光客观分析。科学婴儿的意义远远超出了数学和力学本身：它不但成为发展现代科学认识证的雏形，更重要的是它逐渐建立起来人类的关于理性的信心－理性是如此迷人而强大。从此，人类可以超越自己和环境的局限，站在一个抽象出来的平台上审视世界，把那些高高在上、动人心魄的自然环境和人物都被剥去神秘或世俗的外衣，放到一个理想世界进行卓有成效的研究，而不仅仅是在风雨交加的夜晚对着某个未知的神灵祈求平安－世界将被我们认识和把握。
然而，此时建立起一元宇宙图景的机械证自然观体现在认识论的角度是以因果关系的绝对化，等质化（把所有物体状态看作位置和运动的变化，物本身并无差别），外部的结合，运动的永恒性（忽视质的变化，双向可逆性，时间性，历史性）的特征构成了本身的局限性。
对机械论自然观的批判体现了自然科学的又一次发展：19世纪托马斯·杨开始对热效应进行研究，把热作为等量的某种东西（即能量）采取不同形态表示出来，把力学图景下的机械运动和热相联系；格罗天则进一步拓展范围，把能与机械力，热、光、电、磁、化学力联系起来，明确了各运动形态之间的转化；焦耳的实验确立了能量守恒与转化定律（热力学第一定律）。形成了“自然界最为普遍的规律”。在克劳修斯与开尔芬对卡诺定理分析后得出热力学第二定律，经典热力学也形成了一个完整的系统。作为普适于一切自然现象的解释的理论，再一次完美地刻画了自然图景。
在人类学理论的发展过程中，我们可以看到以“能量”为线索或研究对象的诸多学派：新进化论、文化唯物证、马克思主义人类学、文化生态学等。可以看到能量这种刻画自然图景的有效方法得到的广泛应用。可以说，在以牛顿为代表的机械论世界观后，以热力学为基础的能量定律形成了第二次普适的、统一的世界观。
在这里，我们将主要考察热力学第二定律的影响。热力学第二定律有多种表述形式，其中之一便是“熵增”－我们把不能再被转化为做功的能量总和的测定单位叫做熵，熵增意味着“有效能量”的减少。一个结论是，宇宙的能量总和如果被看作是一个常数（此时宇宙被看作一个封闭系统），熵总是在不断增加的。在孤立时刻，特定场合，我们可以看到逆转的熵增过程（负熵），但这样的逆转要以消耗更多的能量作为代价，又会使更大系统能量的熵值进一步增加。作为符合逻辑的推论令人沮丧：当熵达到最大状态时，世界到达“热寂”，虽然物质中仍然有能量，但不再有能量的转换－比如所有相邻热源的温度都一样时，虽然都有温度，都能向更低温度的热源传热，但是这些个热源之间则没有温差，不会发生热交换了。“热寂”意味着有效能量被耗尽。另一方面，当有效物质被用尽时，我们称之为“物质混乱”，这两种过程都使世界集中程度降低，导致物质和能量的耗散。当“热寂”来临时，所有人类和生命体赖以生存的能量交换都将不可能发生。换言之宇宙中所有生命系统都将走到尽头。除此之外，在牛顿力学系统中，时间双向可行，运动具有重复和可逆性。但“熵是时光之箭”，熵增的方向即时间的方向，在熵增的尽头－“热寂”时，时间（我们所体验的）也不复存在。
在生命体系中，生命体，食物链组成了一个个能量使用体系，生物链从外界获取能量以获得自身和结构的有序性，这是一种负熵的过程，却是建立在消耗外界更大能量的基础之上的。当生物群落密度增高时，原有的能量利用方式不足以支撑本群落的生存。它们必须通过更有效地利用能量来适应环境，或则是减少耗费能量的个体的数量。在人类社会结构中，从能量与熵的角度同样可以看到，社会制度即一种区域秩序，以维持人类得以有序发展，使“负熵”得以保持，当然同时也会引起环境的熵增。当熵增引起能源环境的危机甚至质变时，历史就到达了分界线，一个新的利用（也是加重消耗量的利用）能源方式就必须出现。“贫乏—危机—试验”是人类利用能源不断进步的必须采用的方式。而新的技术加速了能耗，促进了世界集中程度的瓦解，也导致发展的代价越来越高。民族学的资料为这种基于热力学的世界观提供了佐证：新几内亚的岑巴甲人礼仪性地食用猪肉和其内部的周期性的战争、土地利用方式都标志着人类文化与环境能源的生态关系。而现代社会中，满足一个肉食者所需土地比满足一个素食者所需土地高25倍。一个美国人消耗的能源是一个尼日利亚人的150倍。……（《2004年世界状况》世界观察研究所）显示了身处“食物链”高端比之于低端的能耗情况。近年来层出不穷的世界性，区域性问题如温室效应、酸雨、臭氧层破坏，水体污染，泥石流，沙化，疯牛病，SARS，禽流感，海啸，……，则显示了整个生态环境不引逆转地恶化，也意味着世界性混乱程度（“物质混乱”方向）和能源耗散程度（“热寂”方向）的增加：熵增即混乱。
如果以能源消耗尺度来作为时间的单位，在今天的一天即远远超过工业革命之前的一年，时光之箭正以加速度的方式奔向“热寂”，——时间的终点。或者说，人类的终点。
在19世纪末人们普遍认为统一世界的自然基础已被确定，本质性的课题已完成。热力学甚至可以预言世界的尽头，这一切，均出自“客观”的眼光，“理性”头脑，不可辩驳的“科学”口气。
B、怀特《文化科学》
“自然科学”的眼光来自于综合思维的形式，规范化的研究方法，“因此，对于相同的结果，例如：人类的呼吸与动物的呼吸……地面上的光反射与行星上的光反射，必须尽可能地根据相同的原理来加以说明”（《自然哲学的数学原理》，1687，牛顿）。自然科学在伟大的理性光芒其下取得了如此重大的成果，也就不够不对社会科学的研究产生深远影响了。人类学领域内的古典进化论和50年后新进化论的回归，与其说是受到达尔文进化思想的影响，还不知如说是自然科学思维方式作用于社会科学的领域内的结果。
饶有趣味的是，以能量及热力学描述的宇宙图景对牛顿一元宇宙图景的取代，在人类学领域则可以看到绝妙的“翻版”－新进化论对古典进化论思想的取代。潜藏于“取代”下面的都是一脉相承的“科学思维”，这在自然科学中是对宇宙大一统的普适性，一致性，规律性概括，在社会科学中则体现为对人类历史发展“进步”的规律性探寻，对人类未来作出预测。在古典进化论中，泰勒直接使用统计学方法寻求规律性答案，认为人类文化的一致性来源于心理素质的一致性；摩尔根则发现技术的首要地位和客观地位，把人类历史发展划分三个著名的阶段；弗雷泽把人类智力发展也划分为类似的三个阶段来表明其观点。这种规律性的探求把人类学带入客观“科学”的门槛，同时也因在寻找普适性规律，历史发展观上的特点招致人文社会科学理论的种种批评。
怀特的新进化主义就是在上述批评中出现的“回归”，认为摩尔根的社会进化原则值得肯定、运用唯物主义观点，否定人的自由意志及神的意志。其公认的理论创新之一是能量学说，但当我们比较了自然科学中的能量定律的意义后将会看到，《文化科学》其实是以民族学材料形成的“能量定律”。
怀特认为，文化的存在与发展并非由人类心灵或心理所决定的，而是由人类创造符号的能力，以及在此基础上所建构的文化系统所决定的。进化过程是一种时间—空间联结，具有不可逆转性与非重复性。整个自然可分为三大部类：无生命现象的物理部类，生物机体现象的生物部类，人类能力的文化部类。文化是超生物，超机体的事件类型。文化事件可以“降”到有机层次甚至无机层次加以处理。E（能源）×T（科技）=C（文化）。文明史就是通过文化的方式支配自然力的历史。从三大部类来看，文化可以从动物学观点看作为生命过程延续的手段，也可以是一种复杂的热力学和机械系统。整个文化的功用有赖于物理部类的能量及使用方式。
文化本身分为三个亚系统：技术的系统，发挥最基本的作用，整个人类生活和文化莫不仰仗于它；社会系统，是一种组织形的系统，是技术系统的函数（所以工具技术的出现往往带来社会组织的变化）；观念形成是信念的体系，受到技术的强有力的制约，每一种技术都有一种特定类型的哲学，技术起决定性作用。他甚至认为，生命过程是一个热力学过程。能量因素是首要和基本的发展因素，人类发展的阶段分为（按照利用能源的水平）：①自然力；②农牧业；③工业（石油、煤、天燃气）；④核能。在能源开发的“极限”没到来之前，社会系统对技术的制约是此时社会发展停滞之原因。
怀特的理论形成于摩尔根和故乡——美国，形成于当时对古典进化论思想的严厉批判的气氛之中，博厄斯学派的文化相对主义理论，英国盛行的结构功能主义，天不极力反对“单线进代论”，“推测式的历史”。但也可以看到，博厄斯研究的前期，也是以重建人类史，提示文化发展规律，探讨变迁的动力作为人类学研究的三大任务。结构功能主义不去寻求历史规律，而转到研究一个社会的内部结构和功能，从历时性的研究转向共时性的研究，目的仍然是建立一个对人类社会的普适的统一性规律。仪平策在对人类学的思维范式研究中就把上述功能—结构学派归入“古典”的人类学思维范式中。这种范式体现在新进化论的直接结果即是把文化系统从“人”身上彻底剥离开来，形成一个超越个人经验，超越独特性的客观事件系统。
3、对比和批评、发展
比较怀特的《文化科学》中的主要论点与热力学第二定律之应用性解释，我们可以看到惊人的一致性：进化过程的不可逆转，非重复的时－空特性即“熵为时光之箭。”人类使用能量、建立社会结构的劳动与技术的发展史及人类文化历史、生命的发展都是一个局部的反熵过程。从热力学的角度看待社会发展就是，一种新的制度加速能源利用和耗散，熵的增加使可利用能源减少，物质混乱程度加深，引起能源和社会的危机。通过技术的发明，新的利用能源的方法被制造出来，产生变革，通过试验引入到人类社会中。这样，人类利用能源的方式则进一步加速熵增，加速能源开发，直到下一次能源危机的到来。这样的历史发展时间既是自然意义的时间，又是历史意义的时间，都具有同方向的箭头。为了使熵沿着支撑人类社会的方向增加，技术起到了联系人类文化与自然环境的作用。它既是熵的诱因，又是文化的底层结构。在技术的平台上，人类才建立起社会和观念系统，这两种子系统虽然也起反作用，但社会系统和观念系统本身又使熵不断增大。无论如何，人类历史的发展和熵增的方向一致：直指能源利用的“极限”。
黄淑娉老师在评论怀特的能量观点时认为其用能量的转变作为社会转变的标志，有用自然科学规律代替社会科学规律之嫌。经过上述比较，我们可以认为“这嫌”两个字可以拿掉了。怀特的能量观就是热力学定律中的能量观，《文化科学》可以说是自然科学观点在人类学领域内的直接应用。
如同进化论（古典）思想很快为传播论学派和历史特殊论学派所批判一样，在人类学领域内，怀特的工艺决定论受到各界的批评，在对未来社会作出预测上横棱两可，未能作理论上和科学上的必须性与偶然性的区分。怀特的学生，文化唯物论的代表人物哈里斯认为怀特的进化基本规律，能量说不是规律或定义，而是一个研究策略。他在认识方法论上走出了对文化科学的超验主义趋向。“科学总是包含着归纳与演绎法之间的相互作用，包含着经验主义和理性主义之间的相互作用”，“科学策略的总体目标是以理论来说明……事件，而理论可以通过经验纠正和改进”。哈里期引入了以对象价值作为“客位”观点，开始关注到以自然科学方法所观察不到的，相对于对象却又十分重要的东西－意义和价值。
怀特能量学说和文化论的一个前提是把文化看作一个超验的有机体，文化现象是有机或无机现象的显现。“超机体”的提出明确显示了文化被从人类本身身上剥离出来，成为一个“非人”的现象集合，以此来寻求其客观规律。而现代人类学的发展则重新把文化与紧密地“贴合”在一起，物质的、技术的、能量的动机演变为作为人类本质特征的价值与意义，同时强调细节的，偶然的，特殊的体验。在格尔茨的表述中，人类学是“一种探究意义的解释性科学，而不是寻求规律性的实验科学”。个性被带回到“科学”的领域中。他所反对的，“启蒙主义观点，认为……有一种与牛顿的宇宙一样绝对永恒不变的，神奇般的人性。”在肯定人性和价值对于自身重要性的基础上，个体性不是单个的“自然人”，而上具有反映多元文化特点的“文化人”，不是被剥离了生物属性和文化质性的“技术人”、“能量人”，而是有具体性、有价值、有自我特点的“人性人”。――人类对自身的研究注定不能完全超脱，也不能完全客观，“我们”是“我们”的起点，也是“我们”的最终目的和归属。
事实上，现代自然科学的发展表明这种价值回归并不是人文社会科学的独立性所在。以机械决定论为基础的经典力学体系自科学不断发展的十九、二十世纪就开始面临各种挑战，微观世界大量质点的随机运动和客观世界中普遍存在的随机现象，使研究观点进入到了统计学领域；自动控制系统的灵活性和适应性则建立在随机的，进化的基础上；对生物体的研究进入到分子领域，量子生物学也开始新崭露头角，把结构、经验、信息过程带入“科学”的研究范畴。单纯的、普遍适用的简单理论对面向对象的研究要求当然无能为力了。信息科学、控制论、系统工程造就了新型的综合理论体系。从普遍性到特殊性、从单一进化到复合进化、从细分到综合、从规律性到随机性，自然科学竟也走过了一条似乎和人类学理论发展颇为神似的道路。
以热力学两大定律构筑起的热力学世界图景描述系统在当时无疑是无可辩驳的权威理论。但19世纪权威理论和进化证在人类学中的地位一样，成为学科发展的经典和基石，成为整个不断生长的理论体系大厦的一部分。早在十九世纪热力学发展的初期，麦克斯韦意识到某种与熵增对抗的机制，由于当时无法说清楚这种机制，他假定一种“类人妖”能把随机热运动的微粒分配到一定的相格中，导致在原有平均热运动的基础上形成温差，即负熵的产生。这个精灵的“麦克斯韦妖”活跃了近一个世纪无法被令人信服地说明其荒谬性。直到二十世纪前半页，科学才从信息论和控制论的角度成功地“除妖”，从而导致一系列新问题的开始。以普利高津为首的布鲁塞尔学派发展了研究耗散结构和非平衡、非线性热力学。“生物体的组织结构普遍地增加的事实相应于熵的减少”。提出了与热力学熵相对应的信息论的熵。耗散结构被定义为“在远离平衡的条件，借助于外界的能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构”。从而开始研究经典热力学平衡态之外的，从开放系统的系统尤其是生命系统为研究对旬的非平衡态热力学现象，在不违背经典热力学的情况下更加关注结构的熵减及负熵过程。同热力熵增方向相反的过程无不体现了对混乱的否定、负熵和信息的增加。在这种发展的趋势中，我们又可以明显地看到与人文社会科学对于新进化论一致性批判的一致性。
4、结语
新康德主义的历史哲学理论代表人物李凯尔特曾围绕科学的分类提出两种基本对立：自然的和文化的对立，自然科学与历史文化科学的对应。一方面，自然科学把价值剥离的事物看作自己的对象，发现普遍联系和规律。另一方面，文化事件的意义也正是依赖于其不同于他事件的独特性。
在人类学理论的发展过程中，我们截取进化论的断面进行观察发现，进化论、新进化论的产生，理论架构的确立、深层归因，以及后来被其他学派的批判，均与自然科学的发展构成了颇具意味的对应关系。当泰勒先生以学科创始人的权威为文化人类学打上科学的标记时，他可能没有想到，以人为研究对象的人类学，其目的也是在“人”。科学本身就是科学的价值，这在自然科学中是不可否认的。但在人文社会科学中，其科学的价值却在于对人的价值。我们不能否认进化论、新进化论中的自然科学观点的正确性，但我们却能置疑寻找统一规律性的意义所在。某一理论或科学方法的排他性使用是自然科学辩伪存真、建立理想体系的法宝，但应用于人文社会科学，则往往意味着文化中心主义和霸权主义。更何况，统一的规律性的图景构建并不能成为换用其他角度进行观察和理解的阻碍，文化的多样性和文化理解的多样性一样值得尊重。“参差百态乃幸福的本源”，先哲罗素曾这样说。人文社会科学有别于自然科学的特征就在于对独特性的尊重。
很显然，我们在另一方面不得不从自然科学、自然科学发展的过程中获得观察人文社会的启示，统计学、医学、生物学、地理学、化学、核物理，各种技术手段、各种现代工具、各种科学思潮都在人类学研究中留下铬印。在“远离自己”的科学观察中，正如哈里所言，自然科学是有效的策略，也是必然的方法。在人文科学与自然科学结合的大趋势中，各种思潮、方法此起彼伏，有如热力学研究中的作布朗运动的微粒。也许，如同“麦克斯韦妖”一样，论述一个独具慧眼、把各种学术思想按一定的规则分别放入自然科学与社会科学两个容器中的“小妖”的荒谬性的过程本身，就是新问题的开始。也许是某个新的学科发展的一个开始。
参考书目：
黄淑娉、龚佩华《文化人类学理论方法研究》 广西高等教育出版社，1998
特德，霍华德，杰里米·里夫金 《熵，一种新的世界观》
中国人民大学出版  法国大学1963年版
王身立《耗散结构理论向何处去－广义进化与负熵》
人民出版社，1989
怀特《文化科学》  浙江人民出版社，1987
友松芳郎 《综合科学史》求实出版社，1987
负熵与文化
布瓦索的《信息空间》，是一部对现代文明极富穿透性的经典著作。与市面上流行的大多数“经典”不同，它非常耐读。每一次阅读，都让人对这个世界产生一种新的洞察。
按伽达默尔的理论，阅读是一种对话，通过对话产生意义的循环。我发现，即使从当下热门的以人为本、软实力、文化认同这些新的阐释角度，与《信息空间》对话时，它仍然是一个能承重的文本。布瓦索好像躲到了地球的外面，来观察这个世界。具体来说，《信息空间》令人惊异地从热力学的角度，透析工业化的局限性，透析市场经济与计划经济的同一性、西方文化与东方文化的差异性，令我们对信息化产生一种超出世俗的理解。每当人们沉浸在低头拉车的昏聩时，它都能让人产生抬头看路的猛醒。
后现代经济 要求经济学起点前移
布瓦索的《信息空间》最大的特点，是彻底解构了工业化的话语体系，成为第一个以信息化为基点建立起来的新话语体系。在这个新的话语体系中，传统工业化的概念，被解构、变形、“扭曲”成了一堆待回炉的钢铁质料。
比如，生产要素（劳动力、生产资料等），这是工业时代经济学中最基础的概念。布瓦索却从热力学角度，将其还原为提高有序化水平的能量的表现形式（“能量则以劳动力或资本设备的生产能力的名称出现”）；又如，将市场、交换还原为编码；将制度还原为与熵的斗争，等等。
所有这一切，都是为了将信息内生化于经济解释。他认为，仅仅靠“信息不对称”这个层面的总结，远不足以建立经济学新的典范。他要把经济理论的张力，扩大到包容文化理论为止，就象弗罗伊德要把心理学的张力，扩大到精神分析领域为止一样。作为后现代经济学的开创者，布瓦索的解构，实出于无奈，属于被迫“自卫反击”。因为通过一层层的还原，布瓦索发现，现代经济学是工业化的一种自我循环论证，它的起点和终点都是根据工业化需要而先验设定的，不管经济学的创始者是否明确认识到这一点。而后现代经济学，必须根据信息自性，全面前移经济学的基本前提假设。
我从美国前沿实践观察，非常能理解布瓦索的理论意图：比如，个人知识，是知识管理、BI的前提和基础，是搜索引擎技术未来发展的方向所系，是微软后十年生命所悬之线。但个人知识概念已坐穿了罗默知识资本理论的底线，于是主流经济学界城门洞开，无险可守。究其原因，与经济学家个人能力无关，而是个人知识触及了经济学的学术天花板。就象当年潜意识触及了传统心理学的意识底线这一学术天花板一样。经济本身根本不管不顾，也不停下来等教科书修改，就在那里径自发展。布瓦索是那种发现小手术解决不了问题，为了解决问题而不得不动大手术的医生。
首先就是要移动经济人假设，降低经济学起点的门槛。
后现代经济学为什么 要对经济人假设进行限制
布瓦索明确反对经济人假设，认为它不能作为整个经济学的前提假设，只能作为工业化的前提假设，或工业阶段经济学的前提假设。
原因在于，以人为本的信息经济提出了大量实质性反例，如个人知识、个性化、“酷（COOL）文化”等非“最大化理性”现象。这些只是现象，深层规律何在？布瓦索终于发现了其中奥秘。他比大多数人想的都深了一步。他不停留在经济人假设本身，而将思考移向价值论的起点。
按照布瓦索的思路，主流经济学理解的价值，以有序为价值，以有序化程度的提高为高价值；无序、低序则为无价值、低价值。有序还原到底，就是负熵；无序还原到底，就是熵。也就是说，主流经济学有一个思维盲区，以负熵增加为价值提高，以熵增为价值降低。我认为正是这一点，与个人知识、个性化、“酷（COOL）文化”等“真实世界”发生的经济现象产生了矛盾，被证伪了。“经济学的尼采”巴塔耶认为，个性化经济，本质上是熵增经济，是耗散经济，它必然与大规模批量生产相矛盾。消费具有双重性，生产性消费（为了熵减而熵增，为生产而消费）与非生产性消费（为熵增而熵增，目的性消费，相当于马克思自主劳动以自身为报酬的理论）具有本质不同。经济人假设实际上假定了有序化程度提高作为价值前提，因此是不全面的。它没有考虑到物质极大丰富（且文化精神贫乏）、生产过剩、休闲增加导致需求升级的“后工业”条件下，价值取向的变化。
既然熵增和熵减，都可能具有价值。布瓦索就很自然地得出一个新的假想：何不将经济学的起点门槛降低，将熵减包括进来？布瓦索这种思路，十分像弗罗伊德：既然精神病这种现象，用意识解释不通，何不降低心理学门槛，扩大到潜意识分析？“经济学的弗罗伊德”波兰尼实际上早就想到了这一点。哈耶克实际上也想到了，可惜没有系统化。只有布瓦索把这个想法抓住不放，用在了经济学体系的修正上。
这样做的效果非常明显。一系列传统主流理论无法接纳的后工业、后现代现象，顿时纳入了经济学分析。
美丽新世界的蓝图
布瓦索以“未扩散”、“扩散”，“已编码”、“未编码”，“抽象”、“具体”这三对矛盾为三维，建立了一个以信息还原为基础的经济分析框架。下面以知识类型为例说明：
个人知识与常识知识，都不在传统经济人分析范围之内，但软件开发、技术扩散，却要依赖这种经济能力。由于降低了分析门槛，这些对于知识经济具有特殊重要性，而对于工业经济价值不大的领域，都纳入了经济学的分析中。
从价值论的角度看， “已编码”、“抽象”、“扩散”，指向的是理性、社会化；“未编码”、“具体”、“未扩散”，指向的是自由、个性化。这是理解布瓦索思路的捷径。
布瓦索的逻辑实际上是，把工业化的各种经济现象，也就是主流经济学的研究对象，对号入座到信息化三维框架中，用信息这个“理论货币”来“换算”。比如，把交换的本质说成是编码、抽象和扩散。如果翻译成传统经济学术语，相当于认为，商品交换实现了从具体劳动向抽象劳动的转变，从个别劳动向一般等价劳动的转变；实现了社会化。至于编码，这是基于信息的经济学的一种特殊表达方法。还原的意思是，在交换中，将个别劳动的价值状态（熵值），转变为一种有序程度更高的熵值，增加了其中的负熵。所以叫已编码。值得注意的是，后现代经济学家中，不止一人将商品交换的信息本质概括为编码。例如鲍德里亚著名的符号交换理论，就认为商品交换的本质是符号交换。交换完成后，使用价值交换部分与自然经济相比没什么特殊，但其中人的价值却从感性上升为理性，“符号”化了。经济人的本质，就是理性人。
布瓦索对于制度的还原分析也十分精彩。他将制度还原成一种元信息现象，将制度的交易费用解构为熵，很富于启发性。限于篇幅以后再分析。
后现代经济学为什么要这样概括问题？原来，他们的意图在于后面的推论：既然人的价值，可以从自然经济中的感性价值（使用价值），通过交换上升为理性价值（经济人社会价值）；那么，也完全可以通过“再感性化”，复归为既包含个性又包含社会性的自由价值（理性人之上的自由全面发展之人，以人为本之人）。这就是整个后现代经济学的谜底。
通向以人为本
了解了以上思路，就不难理解布瓦索为什么最后“图穷匕首见”，提出“将经济思想延伸到文化领域”的纲领性主张。对于布瓦索来说，经济思想是理性思想的同义语，文化思想就是自由思想的同义语；经济思想意味着以金钱为本，文化思想就意味着以人为本。其真实意图，是把信息化最终引导到以人为本的目标上来。
后现代经济学家奋力穿透高科技、数码科技，就是为了这最后一击。分布式计算、个性化服务、个人知识管理，这个精心打造的链条，只能通向唯一的一个归宿，就是以人为本。当布瓦索将文化理论、人类学引入后现代经济分析时，他自己也将无法控制，最终的结论，将引向与帝国理论相反的方向，即文化认同决定经济发展的方向上来。
虽然布瓦索由于自身局限，没有迈出最后一步，但他已走到了这个结论的边缘。他已经看出文化多元化对经济的意义，指出了中国文化、日本文化在经济发展上与美国不同的价值取向。    我只要做一个小小的推论，就可以得出一个布瓦索还没有看到的东西：美国文化将经济扯向布瓦索所谓“已编码、抽象、扩散”的象限上端，它将失于“个人知识”这个象限下端，而且要以负熵的大量消耗为代价来维持；而儒家文化将引导经济在完成以“已编码、抽象、扩散”为特色的工业化后，向个人知识这个象限复归，以同全球生态环境保持可持续平衡。在一个负熵（自然资源）十分有限的地球上，究竟哪种文化认同，将引领经济的远端前景？我反正相信，以人为本，追求幸福的天性，更利于负熵平衡，因此最终会战胜穷兵黩武、金钱至上、浪费负熵的倾向。 （姜奇平）
熵、耗散结构理论与企业管理
刘艳梅，姜振寰（哈尔滨工业大学　管理学院）
【内容提要】将热力学系统中熵、耗散结构理论与企业管理相结合，根据熵增原理，管理系统出现从有序到无序的演变，从本质上说明了企业管理的必要性。根据耗散结构理论，管理系统出现从无序到有序的演变，从本质上说明了企业应如何进行管理。
一、熵与企业管理
热力学第一定律告诉我们，世界上的能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式，但此定律并没有说明能量在传递时的方向、条件和深度。为解决这一问题，就有了热力学第二定律。德国物理学家克劳修斯（CLausius）在1850年表述为：在一个孤立的系统内，热总是从高温物体传到低温物体中去，而不是相反。1865年克劳修斯又引进了一个态函数——熵（entropy）。此后，熵开辟了一个又一个新的研究领域，成为许多学科发展的"关节"和"引线"。
（一）熵概念的跨学科发展
熵诞生于热力学这门学科，在热力学中克劳修斯对熵的定义是[1]：　附图
P[，0]为起始状态，P为终末状态，S[，0]S为相对于P[，0]、P状态的熵值，T为绝对温度，Q为热量，S-S[，0]叫熵变。若系统经历一个可逆过程，公式中的函数值与积分路径无关，只与系统的初终态有关，所以熵是系统的一个态函数。引入熵概念后，热力学第二定律可表述为：任何系统都存在熵这个态函数，在可逆过程中系统熵的变化等于系统所吸入的热量与热源温度之比，在不可逆过程中，熵变大于热温比。由此可知系统经历了一个不可逆绝热过程时熵增加，这就是熵增加原理。并有推论：在孤立系统中，不可逆过程熵变大于零，可逆过程熵等于零；不可逆过程都是由非平衡态趋向平衡态的过程，所以平衡态对应高熵态。实际上，熵表现的就是系统内无序态出现的程度。由于热能总是从高能端传向低能端，而在此过程中，系统愈来愈趋向于平衡和无序，所以从根本上讲，熵即系统内无序状态的量度。平衡、无序、熵这三个概念是一致的，平衡态也就是无序态，也就是熵值最大的状态。
1873年，吉布斯将熵概念与几何方法结合，产生了几何热力学。吉布斯引入了各种不同平面的温——熵图，并提出流体热力学的基本方程：dV=TdS-pdV，然后以熵、体积和内能为坐标轴，把热力学由二维扩充到三维。1877年玻尔兹曼提出了玻尔兹曼定律：S=KInw，即系统某状态熵与系统在该状态下对应的热力学几率的对数成正比。玻尔兹曼把宏观量熵与热力学几率联系起来，在宏观与微观之间架起了桥梁，这样既说明了热力学几率的物理意义，又给出了熵的统计解释。1944年奥地利物理学家薜定谔的《生命是什么——活细胞的物理观》一书问世了，将热力学研究成果应用到生物学领域，开拓了熵跨学科发展的新天地。他提出了"负熵"的概念，即带负号的熵，负熵=-KInw。由于熵与系统的无序性联系在一起，那么负熵自然而然与有机体的有序性联系在一起。在通讯理论中，熵概念又一次得以扩展，将熵与概率论紧密联系起来，这为熵移植到更广阔的领域中打开了大门。[2]
（二）熵概念在企业管理中的运用
美国学者J.Rifkin和T.Howard认为：今后一段历史时期，将由熵定律取代牛顿定律作为主要规范而占统治地位。哲学家、政治家、科学家、军事家、经济学家、教育家以至神学家都将纷纷据此重写著作。[3]其结果，必将揭示自然科学与社会科学的种种奥秘及其相互之间的某些联系，产生新的思想飞跃，导致整个人类社会的发展、进步。实际上，熵的应用扩展得十分迅速，已经从自然科学拓展到了社会科学领域。
热力学第二定律的理论核心就是不可逆性。这种不可逆性，是指无论何种初始条件的系统，都将顺着熵越来越大，状态越来越混乱，越来越无序的方向走向终极平衡态。它是一切真实系统都存在的最具本质的特征，企业管理系统也包括在内。从系统角度来说，热力学系统与企业管理系统有着很多的相似性，如不确定性，成员数的大量性和不可逆性等等，它决定了系统与系统之间可以相通。
既然要借鉴热力学相关理论来解决管理的问题，首先得定义出管理系统的熵（简称管理熵）。根据管理系统状态变化和热力学系统状态变化的相似性、统计物理熵对熵本质微观机理的揭示、以及信息熵被学者推崇为熵泛化的基础，我们认为管理熵是存在的，但不同的学者从不同的角度出发定义了不同的概念。有学者认为管理熵是管理的信息与概念系统在管理信息的传递过程中传递效率与阻力损失的度量，就是对管理系统输入的物质、能量与信息转化成管理的功能的转化率的度量[4]。也有学者认为管理熵是指任何一种管理的组织、制度、政策、方法等在相对封闭的组织运动过程中，总呈现出有效能量逐渐减少，而无效能量不断增加的一个不可逆的过程[5]。
管理熵数学模型建立的假设条件[5]：第一，组织是一个相对封闭的孤立系统，较少与环境进行信息、物质和能量交换；第二，组织内存在着能量的差异，处于一种不平衡状态。该模型表示方法为；附图（略）
K[，B]是管理熵系数，企业每增加单位收益所需追加的成本值，j代表企业的每个影响熵值因素中所包含的子因素，P[，j]为每个子因素影响企业熵值变化的概率。由（1）、（2）两式可求出系统内部熵值S[，1]。系统内部熵值的大小表示了企业无序度的大小，熵值增加过程是企业逐渐由有序状态向无序状态演变的过程，此过程可由图1表示
图1　熵值增加过程与企业演变过程（略）
二、耗散结构理论与企业管理
热力学的熵增原理认为整个宇宙将自发地由有序变为无序，最后达到平衡态，也就是死亡。而达尔文的生物进化论却认为从单细胞生物发展到人，进化的方向越来越复杂，越来越有序。显然，二者的发展方向迥然不同。1969年，普利高津提出了耗散结构理论，以解决长期以来热力学和进化论之间的矛盾。
（一）耗散结构理论
普利高津将宏观系统分为三种：孤立系统、封闭系统和开放系统。开放系统又有三种存在状态：热力学平衡态、近平衡态和远离平衡态。一个远离平衡态的开放系统，通过与环境不断的交换物质和能量，在一定条件下产生自组织现象，即会由无序到有序，由较低有序到较高有序。新的结构和新型的组织会自发地形成，这种自发形成的有序结构称做"耗散结构"，这是一切生物和社会系统的共同特点。
普利高津认为，对于开放系统必须考虑系统与外界交换能量和物质所引起的熵流d[，e]S以及系统内部由于不可逆过程造成熵产生的d[，i]S，即对外开放系统有dS=dS+d[，i]S，d[，e]S系统与外界交换物质和能量而引起的熵变，这个量可正可负；d[，i]S是系统内部发生不可逆过程引起的熵变，这个量总是正的，若外界提供足够的负熵流d[，e]S＜0，且｜d[，e]S｜＞d[，i]S，则可做到dS＜0，这就是说在不违反热力学第二定律的条件下，远离平衡的非线性系统可以通过负熵流来减少总熵，从而使系统从无序态变为有序态即耗散结构状态，所以普利高律认为"非平衡可以是有序之源。"[2]
耗散结构的形成有以下三个基本条件：（1）系统处于远离平衡态。远离平衡态是指系统内部各个区域的物质和能量分布是极不平衡的，差距很大。系统只有处于远离平衡态，才能形成秩序，才能形成动态特征。（2）系统的开放性。在一个孤立系统中，物质的高能区总是要向低能区转化，直至趋于平衡，而一旦达到平衡态，系统有序性也就转化为无序性子。因此系统只有处在开放时，从外部补充一定的物质和能量，即输入负熵，以抵消内部产生的熵增，才能使系统由无序转为有序。（3）系统内不同要素之间存在非线性机制。非线、性机制是指事物要素之间以立体网络形式相互作用的机制。耗散结构是一种空间有序结构，这种结构只有在构成系统的所有要素之间都存在相互联系和相互作用的情况下才能形成。如果只存在个别因素之间的相互作用，系统就会瓦解，而不可能形成空间有序结构。
（二）耗散结构理论在企业管理中的运用
耗散结构理论主要讨论了系统在与外界环境交换物质和能量的过程中从混沌向有序转化的机理、条件和规律。它深入浅出地揭示出世界上一切事物的本质，也包括企业管理。对于现代企业组织来讲，最基本的过程就是"投入——产出"，一方面是原材料的购进，能源的持续输入，另一方面通过加工后形成产品，在市场尽快地销售以使资金很快地回收。无论是输入还是输出，一旦停下来，企业内部所有秩序或结构都将会瓦解。显然，企业的一切基础都是依赖于这个开放的输入输出过程。这就是一个典型的耗散系统。
将耗散结构理论引入企业管理学中，我们得到了管理耗散和管理耗散结构的概念。所谓管理耗散是指当一个远离平衡态的复杂企业组织不断地与环境进行物质、能量和信息的交换，在内部各单元之间的相互作用下，负熵增加，使组织有序度的增加大于自身无序度的增加，形成新的有序结构和产生新的能量的过程。而管理耗散结构就是管理耗散过程中形成的自组织和自适应企业组织系统。[5]企业管理的实质是一个负熵的过程。任何企业管理系统部是开放系统，内部的控制都要以与环境的输入输出为条件，必须不断与外部环境进行物质、能量、信息的交换，表现为人才、物质、资金、设备、产品等与外部环境的交流。只有当这个交流处于平衡状态时，才能保持其管理结构的不断改善和管理水平的不断提高。即负熵值的持续增加。否则，系统将不能运行，致使系统的内部人力、物力、财力调配发生困难，系统熵值增加。
我们来看一下负熵的数学表达式[5] 附图（略）
这是负熵过程，它能使开放系统由无序变为有序，或有序度增高，形成耗散结构。企业则运行有序，兴旺发达。因此，企业系统可通过完全开放，自我改造，不断地与环境进行物质、能量、信息的交换，在耗散结构各要素的相互作用下逐渐克服混乱，使组织整体实现负熵值来促使企业持续发展。
三、结论及启示
爱因斯坦认为，一种理论其前提越简单，所涉及的事物越多，适用范围就越广泛，它给人们的印象也就越深刻。熵和耗散结构理论正是这样，不仅在自然科学领域得到广泛应用，而且在社会科学领域也得到普遍认同，使定性分析向定量分析转换成为可能。综观自然界，不外有两种演化方向，可以包罗世界上一切事物的演变，即从有序到无序的演化和从无序到有序的演化。从有序到无序的演化方向所对应的是孤立或封闭系统及其所对应的环境的平衡状态，即熵增的过程；从无序向有序的演化方向所对应的是开放系统且远离平衡的稳定态，即负熵增加的过程。熵理论深刻地揭示了物质世界的演化规律，因此被称为整个自然科学界的第一法则。
根据熵增原理，任何企业组织管理的政策、体制、文化等因素在运营过程中，都会伴随有效能量的逐步减少、熵值逐渐增加的情况，该原理从本质上说明了企业为什么需要管理。根据耗散结构理论，企业应该建立在一个动态的开放组织系统上，将产生负熵的各种因素引入系统中，如新知识的获取、新技术的开发、新市场的开拓、新制度的执行等，该理论从本质上说明了企业管理的实质和该如何进行管理。
本文从宏观上将熵、耗散结构理论与企业管理相结合，从熵与负熵的角度去思考企业的管理原理，这对于企业管理的理论和实践是有益的。但如何将其理论在管理科学中具体化、系统化，值得我们深入思考。如四川大学任佩瑜教授研究熵、耗散结构对企业文化的作用，对企业组织与决策的作用使我们受益匪浅。我们是否可以将熵、耗散结构理论作为基本原理运用到其它方面，如企业战略管理、生产管理、供应链管理等。其具体工作有待我们进一步开发、创新。
【参考文献】
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[5]任佩瑜，张莉.基于复杂性科学的管理熵、管理耗散结构理论及其在企业组织与决策中的作用[J].管理世界，2001.（6）：142-147
试论社会发展和熵
周睿
摘要：随着科技的进步，社会的发展，人们开始越来越关注于人类自身的生存和发展的问题。在现代社会中，不断的暴露出资源问题、环境污染问题、人口爆炸性增长问题等。熵这个源于热机的物理学概念开始越来越多的被人们所认识和研究，已经无孔不入的渗透到自然科学和社会科学的各个领域。究竟我们的社会发展将何去何从呢，希望能从本文对熵问题的思考得到一点启示。
一、热力学中的熵与社会发展的终端
热力学第一定律早已指出，自然界中任何热力学过程都必须遵守能量转化和守恒定律，它告诉我们能量是守恒的、不灭的，只能从一种形式转变到另一种形式。然而，在科技飞速发展和社会工业化的今天，我们看到的是人口急剧增长,水资源日益紧缺,土壤沙漠化日趋严重,各种非再生能源消耗殆尽。其中似乎有一只看不见的手在发生作用，这就是“熵”。熵（Ｅｎｔｒｏｐｙ）是热力学第二定律的核心概念。这一定律指出了实际宏观过程的不可逆：除由于摩擦、粘滞等因素引起的机械能转变为内能的过程，功变热的过程即机械能转变成为内能的过程是不可逆的；热量总是从高温物体（系统）传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体；气体的自由膨胀和扩散过程都是不可逆的。例如，汽车关闭发动机的汽车滑行过程中，机械能经摩擦转变为内能，使地面温度升高，但是我们无法在不改变任何条件的前提下让地面温度降低，静止的汽车再重新运动起来。再例如我们把一杯开水置于室内, 如果把房间和杯子看作一个孤立系统，开水的热量要向四周散发,直至它的温度降到和室温一样,这时热量交换的过程停止，而已散发在室内的热量,却不可能自动地重新聚集到杯中,使水再次沸腾。在大自然中, 我们可以看到嵯峨雄伟的高山,经长年的风化,逐渐变成砂砾乱石，婀娜多姿的百花,最终也要“零落成泥碾作尘”。这些都是熵定律在起着作用。
经典热力学熵的概念是由克劳修斯(Clausus)于1854年被首次提出。认为在孤立的系统内, 热分子的运动总是从原来集中、有序的排列状态,趋向分散、混乱的无序状态，因此系统从有序向无序转化的自发过程中，熵总是增加的，用符号表示为 。当熵在一个系统内达到最大时,这个系统就进入能量平衡状态。这时,系统内再没有自由能来进一步作功,整个系统就呈现出一种静寂的状态。从自由能的角度，我们也可以这样理解，将自由能定义为F=U-TS，公式中F表示自由能，U表示内能，也可以看做所有能量的总和。在做功过程中，只有内能U-TS这一部分可以转变为可利用的功，它是“自由能”，而另一本分TS似乎被束缚住了，不能转变为功，被称作束缚能。由上式可以看出，在自然界中如果消耗能量越多，即获得的可利用的自由能越多，则消耗的能量越多，产生的束缚能就越多，系统的无序化程度就越高，同时，由于世界总能量总是一定的，则能量消耗的越多，熵增加的越快，可被利用的有效能量就越少。
物理学中熵的概念出现，意味着，随着我们的社会发展，能量消耗的增大，我们的世界的熵正在不断增大，社会正走向无序，而现在出现的能源问题、环境问题、人口爆炸性增长问题等又恰好印证了熵增的原理。因此一些持有悲观的社会发展观点的人认为，当我们在开采矿石、生产粮食、加工食品的过程中，同时耗费了别的物质和能量，部分能量被吸收进了产品，而还有不少能量则浪费掉了。社会的发展随着经济财富的增多，能量丧失得越多，熵也增加得越多。因而，人类在以自己的劳动创造商品的价值时，也在增大着地球上的熵。总有一天，当我们再无能源可用，称之为“热寂”时，人类的文明社会终将走向悲剧化结局。那时一切自然、生命将销声匿迹，世界再也没有温暖明媚的阳光、清新扑面的微风、波涛起伏的海浪，世界处于一片混乱和无序之中。总的说来，这些悲观论者认为人类社会的发展是一个衰灭过程。
二、耗散结构论为社会发展前景带来生机
从悲观社会熵增的观点来看，熵增加就是有效能量的减少,有效能量使用过后成为无效能量即“垃圾”，人类科学技术的迅速发展正产生出比他“创造”出来的“财富”更多更有害于人类的垃圾。人类只能减慢熵的增长和延缓走向“热寂”的速度。我们的社会会在一片“热寂”中消失吗？不。耗散结构论为我们的思维开辟了一片新的天地。
耗散结构现象是在上个世纪初由贝纳德发现的：从下面给一杯静止液体加热，液体不断从杯底吸收热量，又不断从表面释放热量,使受热液体形成一定温度梯度，当温差一旦超过某一临界值时，液体的定态会随即失稳，在宏观突然出现许多规则有序的六角形对流“贝纳德花纹”。1969比利时学者普里斯高金(l.Prigogine) 在对热力学第二定律的研究基础之上，在非平衡态热力学中提出了“耗散结构”的概念，他认为“在开放系统和远离平衡态条件下，在与外界环境交换物质和能量的过程中，通过能量耗散过程和内部非线性动力学机制形成和维持的宏观时空有序结构，称之为耗散结构。” 他的研究将宏观系统分为三种类型：一是孤立系统。它是与周围环境不产生物质和能量交换的系统，这种系统的运作服从于热力学第二定律，其内部宏观状态总是随着时间的持续趋于平衡，达到完全平衡时，系统内部宏观状态不再随时间发生变化；二是封闭系统。它与外界环境交换能量，不交换物质，总体上看,其宏观系统近乎孤立系统，其运行状态从长时期看也遵从热力学第二定律；三是开放系统，它既与外界交换能量，又与外界交换物质。例如生物细胞、城市均是典型的开放系统。
普里戈金的耗散结构论研究的对象不是孤立系统，也不是封闭系统，而是开放系统。他研究的重点着眼于用热力学来阐明生命等系统自身的进化过程。根据热力学第二定律,系统的熵变 。第一项是代表系统内不可逆过程产生的熵 ，为正值或零；第二项代表系统与外界交换物质、能量所引起的熵流 ， 既可为正也可为负。耗散结构论认为，如果当开放系统与外界交换物质、能量达到一定程度，熵流为负且其绝对值大于熵产生时即 时，总熵变ｄＳ可以小于零，系统通过熵减可以形成新的有序结构。概言之，在远离平衡态条件下开放系统，通过负熵流的增大可使系统形成有序结构。这样，耗散结构论通过强调系统的开放性以及负熵流对于系统演化与发展的重要作用，在不违反热力学第二定律的条件下，证明了系统从无序状态转化为新的有序状态的可行途径，对进化与退化给予了统一的理论描述。这一结论不仅可以与达尔文生物进化论相统一，同时也能很好的解释社会的发展进步。
实际上，开放性是物质世界中一切系统的普遍属性，绝对的孤立系统是不存在的，它只不过是人们在思维活动中简单化操作的产物。耗散结构论注重系统的开放性和系统与外界间相互作用，认为在物质世界的各类系统的进化与退化竞争中，总会不断产生出新的更加有序化的耗散结构，这些过程构成了不断多样化与趋向复杂化方向的物质世界发展图景。由此否定了克劳修斯将热力学第二定律的熵增原理用来论述宇宙演化所得出的“热寂说”，为我们社会能够从低级向高级、从简单向复杂、从有序程度低的社会向有序程度高的不断向前发展带来了生机。
三、社会的可持续发展
以上不同的热力学观点应用于社会的发展，我们得到的是两个截然不同的观点。它们看似矛盾，其实不然。热力学第二定律所描述的趋向平衡，走向混沌的发展观与自然界及社会现象中总结出来的由简单到复杂、由低级到高级、由无序到有序的发展观并不是对立的，支配这些现象的规律是同样的。所不同的是,前者或是孤立系统，不与外界交换物质和能量，或虽是开放系统，但处于热力学平衡态或近乎平衡态，总熵流大于或等于0；后者则是远离平衡态的开放系统，与外界有物质和能量的交换。普里戈金借用了薛定谔最早提出的负熵流概念，指出，在不违反热力学第二定律的条件下，远离平衡态的开放系统可能通过物质能量交换中负熵流的引入来减少总熵，从而使系统达到一种新的稳定的有序状态，这就是耗散结构状态。
耗散结构论为我们的未来描绘了一个无限的发展前景，因为我们可以把整个世界看成一个开放系统，从整个宇宙而言，我们有万世不竭的能源,取用不尽的资源。虽然我们已知道,煤、石油等矿物资源在地球上是有限的，但氘氚等热核燃料，却近乎于无穷。即使地球上的资源枯竭了，人类还可以向太阳系的其它行星移民，把美好的生活不断延续下去。但这毕竟只是一种幻想。耗散结构论本身也并不否定系统内不可逆熵是在不断增大的，我们必须面对的严峻现实，地球上的熵正在不断增加，人们不能再把经济的增长建立在挥霍地球上宝贵的能源上，人口突增、环境恶化、疾病流行，正向人类社会的生存与发展提出了严峻的挑战，我们必须面对可持续发展的问题。
熵的理论告诉我们，有序的系统才是高级的。我们的社会要不断向前发展，实现熵减过程，可以有两个途径：第一，增大负熵流的输入；第二，减小系统自身内不可逆增熵流的增大。因此为实现社会的持续向前发展，可以从以下几方面考虑：
1． 社会全方位开放
从熵的角度而言，无论是个人还是一个民族国家，要向前发展，就必须增大负熵流的输入，因此我们需要将系统全方位开放，广泛开展交流与合作活动。试想一下，一个没有对外交流的小山村永远只能处于一种落后的状态。中国近代的历史也是一个很好的实例，说明只有开放才能获得发展。
2． 保护环境，建立“低熵值”的经济发展模式
现在，在统计一个国家的财富时，人们往往采用国民生产总值（ＧＮＰ）的指标。这就使人们经常考虑的经济价值的获取而忽略了对自然资源的保护，造成经济的高增长以牺牲环境为代价。比如为实现工业生产的低成本而随意排放废气、废水，造成水质污染、土壤酸碱化、空气污染等。再比如现代城市的高科技通信设备、汽车云集、高楼大厦，也给环境带来了电磁波、废气、噪声、光污染等。当人们住在高楼大厦中享受着移动通信、空调、汽车的同时也加快了能量的转化和熵增大的过程。今后的社会发展再也不能以牺牲环境为代价换取发展，我们要建立一种人与自然相和谐的发展形式，让我们四周的环境鸟语花香，在利用科技获得高的生产效率的同时也要用于改善我们的环境，建立一种“低熵值”的经济发展模式。
3． 社会法制化、秩序化
熵的理论告诉我们，有秩序的体系才是高级的，因此我们要以高度的法制来约束人们的社会行为，否则，我们的社会会因为内耗而增大系统内不可逆熵。比如战争、前苏联社会的解体、中国的文化大革命都造成了社会的动荡、无序，从而使整个社会的发展停滞甚至严重倒退。而维护整个社会的有序，并不是哪个国家或是民族的事情，而应该是我们每一个人应尽的社会责任和义务。
总的说来，已被科学家发现有一个多世纪熵定律，如今超越了热力学的范围，引起了人们的广泛重视, 自然科学理论对于科学界以外的人们的思想、观念和方法也同样有重要的启示。人类正站在发展的十字路口，我们不能在仅仅考虑的价值的增加、产值的增长而忽略熵的增长了，未来的发展之路必然是对社会如何实现可持续发展之路的不断探索！
参考文献：
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张强、田泽军，耗散结构论中的哲学问题初探，系统辩证学学报，Vol.11 No.3　　　Jul.2003；
姚诗煌，新世纪的科学与人的认识、思维和观念，毛泽东邓小平理论研究，2000年第１期；
单晓云，耗散结构的特征，广西师范大学学报(自然科学版)，第20卷第1期2002年3月；
王德先、陈捷，熵理论及其社会意义，河北职工医学院学报，1997年 第1期；
热力学第二定律以及广义熵的理解
热力学第二定律是要表明能量总是从有序趋向于无序，Kelvin称之为“能量散逸”，如热可自发地从高温处分散到低温处，功可以百分之百转变成热而不引起其它变化,(功是大量质点以有序运动方式而传递的能量，热是大量质点以无序运动方式而传递的能量)。相反，热量从低温向高温处聚集，或热转变成功，这一过程的发生是有条件的。热力学第二定律很抽象，虽然有很多种表述形式，但是没有一种表述是令人满意的。在此主要讨论Clausius和Kelvin的两种表述，我们必须从中找出共同点，理解热力学第二定律的意义。
1、Clausius的表述
“热量由低温物体传给高温物体而不引起其它变化是不可能的”，热量从高温传到低温处的过程可自发进行，反之，热量从低温传到高温处虽可以进行，但有条件，如通过制冷机将热从低温处转到高温处，除了这部分能量转化之外，必然引起其它变化，就是还要消耗电功变成热，就是说，使热量从低温向高温转移的同时，需消耗另一部分功，变成为热。
2、Kelvin的表述
“从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它变化是不可能的”，这种说法的意思是从功转变成热，可不引起其它变化，(如摩擦生热，机械功完全转成热而不发生其它变化)，但是其反过程，将热变成功，除了这些能量转换外，必然引起其它变化，否则就不能发生。
热力学发展的初期，克劳修斯（R.J.E.Clausius）和汤姆逊（W.Thomson，即开尔文LordKelvin）等人，把热力学第二定律滥用于整个宇宙，得出荒谬的“宇宙热寂论”，认为整个宇宙都发生着熵增加，最后整个宇宙将会达到热平衡，熵值达到最大，温度差消失，压力变为均匀，所有的能量都成为不可再进行传递和转化的束缚能，整个宇宙都陷入停止变化、停止发展的状态。
于是很多人提出负熵的问题,黑洞是熵减的地方,可以吸收宇宙中的热量,重新利用.也有人提出物体温度升高,可以放出电磁波,这就是熵减了,等等.这些理论,我也是说不清楚对错,好像还是很有根据的.也有人提出生命的生存就是跟熵增做斗争的,就是熵减的问题,这个我提出不同的意见.实际上这是错的,但是为什么网上这样的论文却很多了,后来我查一下,原来这是创造论者的一家之言.
下面五个观点大概是源自神创论者的假想进化论的五个最常
见误解。如果你听到有人提出这些主张，极有可能说明他们对于
进化论的理解不够充分，而不能形成明智的看法。
进化从未被观察到。
进化违反了热力学第二定律。
没有过渡型的化石。
进化论说，生命起源和进化的过程是随机的。
进化论仅仅是个假说，它从未被证明。
我就不一一否认这些错误,其中第二点就是有关热力学第二定律
让我们先看看一个人的生命周期过程：受精卵在母体内开始进行细胞分裂和复制，逐渐形成胚胎的各种器官，成熟后便诞生出世。随着婴儿的成长，各种器官与器官功能日趋完善，越来越有序化。谁也不会否认，当孩子渐渐长大，他体内储存的能量也就与日俱增了。不仅一个人是如此，每当我们观察任何一种生命个体时，都会发现这个“能量从低向高流动”的熵定律的逆过程。不但每个生命个体是如此，整体生物进化过程本身就代表着日益增长的秩序的不断积累。就连某种生物群体内部也一样，例如主人群组成的人类社会。人类社会本身也是一个封闭系统，无疑是附合熵定律条件的。
上面是创造论者的解释:实际上然而，他们忽视了生命不是一个封闭系统的事实。太阳提供 的能量远远超过需要。植物,动物的体内熵减实际上是以外界环境的熵增为代价的,而且它们的总和还是熵增.神创论者在引用热力学第二定律的通俗说法时，完全无视了其前提：孤立系统。所谓孤立系统，是指与外界不发生相互作用，即与外界无热量、功和物质交换的热力学系统（《辞海》１９８９年版）。地球不是一个孤立系统，它与外界有能量交换：吸收太阳能和散发热量；又有物质交换：陨石坠落；所以它是一个开放系统。在开放系统中，熵可增可减，可以由简单变复杂，无序变有序。即使是在一个孤立系统中（比如宇宙），也有可能在全体熵值变大的同时，局部的熵值减小。
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有如下问题，归为三类：
 
1、关于熵定律的适用范围：
因为熵只适用于封闭的系统，而事实上，除非在无限大、无限久的尺度内－－宇宙，所有的系统都会与外系统交流－－也就是说不是封闭的。那么是不是熵定律就不适用？熵定律只在整个宇宙适用，其它的任何子系统都不适用？如果仅是在无穷大的时间尺度内，熵定律才正确，那对于我们研究一定时间、范围内的系统秩序熵定律是不是就没有意义？
2、热力学的两定律关系：
我心中隐隐觉得，能量守恒与熵定律应该一起理解才恰当。
爱因斯坦的E＝MC²说的是质量与能量之间的互换吧？记得在哪看过，一米的树枝，其质量要是完全转化为能量，够一百瓦的电灯点一百万年！原子弹是不是也用的这个质量与能量的转换的原理？能量与质量既然能互换，能量守恒，是不是质量也守恒？质量与能量都守恒，那熵是不是也守恒而不应该增加呀？
如果真是质量与能量能互换，那能量就不可能守恒。因为如果用一部分那怕是一点点的能量去换成质量，能量的总量就少了点，还守什么恒呀？这样的话，质量也不能守恒，倒是质量与能量的总和守恒。
3、熵与人类社会：
说到经济发展，就算是最落后的国家，比以前，总体GDP都总是向上。这可能因为社会本不是一个封闭系统，其发展是以消耗自然资源为基础的，就算是再没有效率的生产，只要你消耗资源，总会形成一定的秩序。如里按熵定律，这个系统的维持，是以输入资源、消耗资源为代价的，那系统的有序就会以外系统的无序为代价。但这个所谓外系统对于它的外系统来说，又是内系统，按理它也会以更大的外系统的无序为代价而维持秩序呀？这种推理有没界限？界限在哪里？
还有，自然秩序好说，以消耗自然资源为代价维持秩序。以消耗自然资源为代价维持自然秩序，说明的应该是资源的减少（熵增加）与秩序的相应增加（熵减少），那么自然资源的消耗与社会秩序的增加是对应的，这是不是说自然资源与社会秩序的总体守恒？因为有序以熵的增加为代价，那“秩序”还是守恒的呀？
人类社会在什么程度上、什么条件下是一个封闭的系统？那么社会的秩序的维持，它消耗的又是什么资源？会引起哪些系统的无序？
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《熵：一种新的世界观》的著者里夫金和霍华德认为：“熵定律是自然界一切定律中的最高定律”， 这是熵概念泛化后给熵理论最褒意的评价。该书还认为熵理论不仅在自然科学方面，如：物理学、化学、地学、 医学、农学、工程技术、宇航、超导、激光、新能源探索中有所应用， 还运用到社会科学方面如：历史、文艺、哲学、教育、经济以至神学里， 它将揭示自然科学与社会科学本质的某种内在联系。 熵被许多学者认为是自然科学与社会科学的交叉点，由于熵概念的泛化， 产生了许多争论的问题.
在热力学方面熵的理解也是让人费解.刚才也看来恩铱君谈谈<<热力学第二定律和可怕的熵》这篇文章,写的不错.物理学研究往往是一个理想的条件,比如这边说的孤立系统(在热力学中，依据热--能--物质的交换状况，将系统分为孤立系统、封闭系统或开放系统。孤立系统没有与环境交换任何东西；封闭系统与环境交换能量，不交换物质；开放系统和环境交换能量和物质，并经由交换使自己更新。)本就是很少存在的情况.经典热力学研究的是孤立系统，是描述熵增规律的， 体现了能量退化的趋势；近代热力学研究的是开放系统， 阐述系统与外界伴随熵流可以实现系统内熵减。在网上看到有人提出熵变论,解释还是很合理的.熵变论把一切熵变过程表述为：系统内的熵总有对立的两类，其总熵变等于各单元熵变的累集之和，其值属于实数，可分为大于零、等于零、小于零三种情形； 在无限的时空中，总熵变趋于零。目前，熵增和相对熵减的现象在我们的身边都能找到， 而寻找和认识绝对熵减有一定困难，其原因是天体的演变对应的时空不便观察。其实引力具有减熵的能力, 引力可以抗衡全体星空的熵长， 所以说我们不能坐井观天、崇尚热寂、无视宇宙是充满生机和活力的客观现实。根据熵增原理可知，每当我们燃烧一堆煤、一滴油或原子核裂变时，都在增加宇宙的熵，即每次活动都降低了体系能量的品质，从现实情况看也如此，如果我们用尽矿物能源又无其它新能源时，人类不就坐守待毙吗？答案是否定的！引力可以实现熵减，如地球引力能使太阳的热辐射能“聚集”在地下，地热是人类取之不尽的能源，我们可以通过地下热水利用、温差发电等形式解决能源问题。我们现在所处环境从小尺度空间看会自发地熵增，在这种环境中将伴随着能量的退化，那么，整个宇宙是不是都遵循这样的法则呢？答案是否定的！
大量事实说明, 宇宙的发展趋势并不越来越无序，相反，整个宇宙生机勃勃，丝毫没有“死寂”的迹象，即：既没有出现全宇宙的热寂，也不存在如银河系或太阳系的热寂；再从太阳系看，太阳45亿年的热辐射，并未使地球和其它七大行星热不可耐，相反太阳系内的空间依然很冷。这些事实充分说明宇宙中一定存在进入低熵的机制，而且这种机制不是发生在特定的空间或时间，作者研究认为，引力具有减熵的能力，引力是可以抗衡熵长的。在小尺度空间或水平方向上，每时每刻都在发生着能量的退化，服从热力学第二定律。而引力充当了相反的角色，在大尺度空间或重力方向上，时刻发生着能量的进化，使得宇宙既不热寂且熵变也均衡。所以说:从广袤的宇宙空间看，宇宙中的熵增(热寂)和熵减 (热生)的生死交替在总体上应是平衡的，即宇宙中的总熵变应趋于零。 人类对自然的认识，唯独宇宙问题具有特殊性， 因为凭人类的能力或许永远也无法考察和验证全部宇宙的熵变，我们只能依据部分事实和推理来认可它。 根据事物的对立统一,有熵增可能有熵减这样整个宇宙的熵保持不变,才不会出现热寂说.实际上恩铱 在他的文章中已经提到引力能够引起熵减.我还看到有人提出热辐射也是熵减.热辐射把热(无序)转化为电磁波(有序).
这是我对热力学第二定律的理解.
热力学第一定律,即能量守恒定律.爱因斯坦提出质能方程,能量可以和质量相互转化.实际可以说能量就是质量,质量就是能量.物体具有质量,也就是能量的载体.
熵与熵增加原理在生命体系中的应用
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3．熵理论的宏观意义与生命体系的关系
生物体最基本的特征之一是物质代谢 ,伴随着物质代谢所发生的一系列能量转变即能量代谢 ,是生物体基本特征的另一方面。生物系统不断地从周围环境中摄取物质 ,经一系列生化反应合成、转变成自身需要的组分,又将原有的组分通过一系列生化反应变为废料 ,排出体外 ,并伴有能量变化。
熵作为一种状态函数 ,其改变值可正可负 ,所谓负熵是指生命通过各种能量交换传递使体内或局部熵减小。根据不可逆过程热力学 ,作为开放系统的生命体内元过程熵变可写作 :
d S = de S + di S ,　其中 de S 表示生命体通过代谢活动 (与外界交换能量、物质和信息)由外界引入的净熵 ,其值可正可负 ;di S 表示生命体内部的熵产生 ,是由生命体内部各种不可逆过程引起的 ,其值恒为正。生命活动正常与否可由 d S = de S + di S 进行讨论 ,包括以下 3 种情况 :
(1) 若 d S / d t > 0 ,即 di S / d t > - de S / d t ,这时生命体所引入的负熵流不足以抵消内部的熵产生 ,熵变为正 ,此时生命体将面临消亡。
(2) 若 d S / d t = 0 ,即 di S / d t = - de S / d t ,此时系统由外界吸取的负熵流抵消了内部熵产生 ,于是生命体处于正常稳态。
(3) 若 d S / d t < 0 ,即 di S / d t < - de S / d t ,则系统由外界吸取的负熵流足够大 ,从而使生命体变得更有序而充满活力 ,生命体将进行和发展。
4．熵定律在生命体系中的应用
4．1熵定律对生物生长的应用
生命有机体的新陈代谢是自然规律的一部分, 没有理由不服从热力学基本定律, 生物体处在正常状态, 发生一个有限的过程, 也服从于熵定律d S = de S + di S。无论是简单的细菌或复杂的人 ,生物体生命的维持都需要与外界连续不断地进行物质和能量的交换 . 把生物体作为研究对象 ———体系 ,它应属于非平衡态的敞开体系 ,由热力学第二定律得出的熵增加原理只适用于孤立体系 ,对生物体这样的敞开体系不适用 ,生物体的有序性应该用熵补偿原理给予说明 ,当把生物体和环境作为一个体系时 ,才符合熵增加原理。生物体内部也要连续不断地进行各种不可逆过程 ,如 :化学反应、扩散、血液流动等等 . 生物体的熵变d S = de S + di S, di S 是生物体内不可逆过程引起的熵产生 ,就体系内部变化而论 ,我们可以把体系看成是与环境隔离的 ,根据熵增加原理 ,其值为正 ; de S 是生物体与外界进行物质和能量交换而引起的熵流 ,其值可为正、负零 ,我们可把de S 分成两项 : de S (能量)和de S (物质) , de S (能量)是生物体与环境进行热交换引起的 ,ΔSE(物质) 是生物体与环境进行物质交换引起的 .如果把生物体与外界隔离 ,则de S = 0 , d S= di S < 0 ,生物体熵值不断增大 ,生物体就会趋向混乱而死亡 . 对于一般活着的生物体 ,它的状态在相当长时间内几乎维持不变 (如 24小时内) ,它处于非平衡的稳定态 ,在这期间 , d S ≤0 ,由di S > 0 , d S = de S + di S 知 ,必须有足够的负熵流供给生物体来抵消熵产生 . 负熵流是如何产生的 ? 当环的温度低于生物体的体温时 ,则热量由生物体流向环境 ,环境的熵增大 ,而生物体的de S (能量) < 0 ,环境向生物体输入负熵流 ,因此环境温度适当低于生物体体温是有利生物体存活的 ;当环境的温度接近生物体的体温时 ,生物体代谢加快 ,大量流汗 ,通过蒸发散热 ,以另一方式使热量由生物体流出 ,环境的熵增大 , de S (能量) < 0 ,也是环境向生物体输入负熵流 ;当环境的温度超过生物体体温时 ,热量由环境流向生物体 ,环境的熵减小 ,环境向生物体输入正熵流 ,这种情况对生物体生存不利 . 一般情况下 ,生物体的体温低于环境温度 , de S (能量) < 0 ,环境的熵增大 . 生物体摄取含有高度有序的低熵值聚合分子食物 ,如 :淀粉、蛋白质等 ,并排泻废物 ,它们含有有序度较小的高熵值小分子 ,因此被摄取的食物之熵小于重新排回环境的产物之熵 ,这就使de S (物质) < 0 ,负熵流入生物体内 ,环境的熵增大 . 从de S分析看出 :通过环境的熵增大 ,向生物体输入负熵流 ,补偿生物体不可逆过程中的熵产生 (di S > 0) ,从而使生物体维持有序 .生物体长期保持有序结构 ,不但不会趋向简单和混乱 ,反而会越来越复杂 ,有序地走向演化和发展 。
4．2熵定律对植物体系的应用。
植物在生长过程中, 要不断地从土壤中吸取营养、水份, 从空气中吸取 CO2 , 接受太阳光,同时掉下枯枝腐叶, 排放出氧气。按照热力学原理, 植物是远离平衡态的开放体系, 植物的内部不断发生各种不可逆过程, 如发生生物化学反应, 进行着溶解、渗透、扩散、混合、流动等不可逆变化, 使d S内> 0。植物要正常成长, 必须使熵流为负值, d S外< 0, 以抵消内致熵的增加。植物体内发生的基本反应为:6CO2+ 6H2O光　 C 6H12O 2+ 6CO2 , 该反应是一个减熵反应, d S m < 0, 这是由于太阳光是有序能量, 排放出去的O2 又是熵值较大的物质。这样使熵流d S外< 0, 使得植物体的熵值d S = d S内+ d S外≤0, 正常成长。
4．3熵定律对动物体系的应用。
动物同植物一样是一个远离平衡态的开放体系, 动物要不断地从外界摄取食物、水、O2
等, 同时向外界排放粪便、汗水、CO2 等, 并与环境交换热。一个未成年的动物, 在生长壮大过程中, 要保持d S< 0, 一个成年的动物, 要维持d S≈ 0。动物在新陈代谢过程中, 体内无时不在进地溶解、渗透、混合、扩散、流动与各种化学反应的不可逆过程, 使d S内> 0, 动物要正常成长,必须引入大量的负熵流才行。负熵流既有热交换引入, 又有物质交换引入。这两个因素引入的负熵流是不可能绝对分开的, 为了说明方便,“强行”把d S外 分为d S1外 与d S2外。d S1外 与热交换有关, 通常的动物, 体温高于环境高度, 动物在新陈代谢过程中, 产生大量的热, 要维持正常体温, 就要不断向环境散热。这样, d S1外=QT< 0。d S2外 与物质交换有关, 动物摄取的食物主要是淀粉、糖、脂肪、蛋白质、纤维素等高聚合物, 它们分子量大, 排列有序, 熵值比较小, 这些物质在体内经过物理与化学变化, 一部分被吸收, 另一部分排出体外, 排出是渣汁、CO2 等, 分子小, 熵值大。这样使d S2外< 0, 所以动物摄取食物就相当于补充负熵。d S1外< 0, d S2外< 0,均为负值, d S外 抵消了体内的熵产生, 这样, 动物体的熵变值d S= d S内+ d S外≤0, 维持正常状态。如果生物长时间不能从环境中引入负熵, d S内 不断增大, 以致长时间d S > 0, 就会生命垂危, 甚至死亡。人与动物感到饥饿, 就是体内熵值增大, 需要补充负熵的一种信号。
4．4熵理论在遗传学研究中的应用
现代生物学研究表明 , 每种生命都具有储存和处理信息的系统 , 以便它们在成长与代代相传过程中能准确地复制它们自身 ,如果这种复制过程不准确 ,这种生命系统就会消亡。研究表明[2 ]生物体中有些大分子例如核酸分子就具有信息源的统计特征。遗传信息是存储在脱氧核糖核酸 (DNA ) 的结构中的 ,即 DNA是一种遗传语言。而生命系统中处理遗传信息机制的可靠程序就与 DNA 分子组成方面的有序程度有关。因此可用信息熵来描述这种有序性。研究表明[3 ], 人们通过计算信息熵来寻求 DNA 组成方面的有序程度 ,已求出了 60 余种生物中标志 DNA 组成有序程度的指标。计算结果的对比表明 , 脊椎动物中的 DNA 指标一般高于低等有机体 ,这是与生物学的进化观点一致的。关于此问题的最新研究表明 , DNA 作为一种遗传语言 , 其信息主要存在于核酸碱基关联之中 , 因此探索核酸碱基关联的规律性是遗传语言研究的基础。近年来关于碱基关联的研究有很多 , 而在目前流行的 5种研究途径中最重要的也是最好的方法是建立在信息熵基础上的[4]。最新成果表明 : 通过对 886 个碱基编码序列进行统计研究 , 发现碱基关联是随着进化而增加的。而这一规律的深入研究将使得遗传语言的语法关系愈来愈清晰 ,而它对遗传学的发展是至关重要的。
4．5信息和熵的某些应用
4。5。1 随机事件的熵
最初熵函数是从热力学第二定律引出的。自然界所发生的过程具有单向性 ,即从不平衡
自动变化为平衡状态。比如 ,传热就是分子混乱的热运动强度不同而引起的热量传递 ,由物理学可知 ,传热过程即是做功的过程 ,因而功是有序运动 ,有序的运动会自动变成无序运动 ,其逆过程不能进行 ,即无序的热运动不会自动地变成有序的功 ,这就是热力学第二定律的基础。热力学物质系统内部的微观本质 ,必须在宏观性质上体现出来 ,这就是状态熵函数。当状态确定时 ,物质系统的热力学混乱度也一定 ,因而熵也具有确定的数值 ,实验证明 ,状态函数熵是混乱度的单增函数 ,两者间的定量关系可用著名的波尔兹曼 (Boltzman)公式表述 ,该公式指明了熵是无序的量度 ,即熵增大 ,无序程度增加。如果把物质系统可能出现的状态视为一随机事件 ,则引出了随机事件的熵的概念。一个随机变量 X的熵 ,可以理解为在试验之前取值不肯定程度 (即无序程度) 的一种度量 ,又可以理解为从一个试验中所期待的信息量。
4．5．2 信息在决策或判断中的应用
信息对决策的影响 ,可以从两个方面来解释 :其一 ,从决策环境上看 ,有确定型决策和不确定型决策 ,两者比较起来 ,在确定性环境下进行决策 ,使主观认识和客观存在比较容易一致 ,因此 ,我们希望把不确定性环境转化为确定性环境 ,而这种转化只有靠获取有关信息才能使环境的不肯定性减少 ;其二 ,从决策者的信念上看 ,信息之所以能对决策有作用 ,它是通过对决策者的信念产生影响来体现的。决策者对事物原来有一些看法。形成了自己的信念 ,当获得了有关信息后 ,信念就发生了改变 ,这种改变就是信息对决策的影响 ,体现了信息在决策中的价值和作用。
4．6　熵理论在病理学中的应用
对于细胞的正常生存与病变过程也可以引入熵理论。随着各门学科的飞速发展与相互渗
透 ,对于核酸三维结构的认识及遗传信息的研究 ,使人们得以从基因表达调控理论的角度去认识和治疗疾病。在医学中 ,负熵对于癌症的研究也有意义。肿瘤细胞在某种情况下 ,表现出基因过度扩增、蛋白堆积、细胞无限增殖的无序状态。
4．7　熵理论在细胞学中的应用
关于细胞衰老的原因曾有许多假说 ,其中较为大家公认的有两种 :一种是自由基理论 ,这是细胞衰老的随机学说 ( Stochastic t heo ries) 之一。自由基理论认为[5 ], ,生物体氧化过程会产生一些高活性的化合物 ,它们是生物氧化过程的副产品或中间产物 ,这些物质与细胞衰老直接相关 ,能致使细胞结构和功能发生改变。自由基理论最初是由 Harman 于 1956 年提出的 ,此后的一系列实验虽然越来越支持该理论 ,然而它是否能真正解释细胞衰变的原因 ,至今还不能确定。另一种是细胞的程序化死亡理论 ,属于细胞衰老的程序化理论 (programmed theories) 。细胞的程序化死亡 (p rogrammed cell deat h)是一种主动的细胞代谢过程 ,大多数细胞在发育到一定阶段后出现正常的自然死亡。细胞程序化死亡现象普遍存在于依赖激素的组织中 ,如肝细胞 ,皮肤等细胞。可见 ,这种现象也可看作是生命体系自身控制的一种“自组织”现象。
4．8熵理论在抗癌机制中的应用
Kohler 和 Milstein 证明[6，7 ], ,利用体细胞杂交法可获得分泌抗体的杂交细胞系。由于应用这一技术所获得的抗体来源于单一的抗体生成细胞所形成的杂种细胞克隆 ,所以称之为单克隆抗体。为了使操作过程比较准确 ,应该采用分子切割技术从组织中得到所需细胞。当导入的抗体素抑制癌细胞的恶变 ,削弱它的增殖时 ,细胞本身的混乱程度将会减小 ,趋向于稳定的低熵状态。这就相当于给体系内部输送了负熵 ,使体系趋于有序状态。
4．9熵与人的情绪
人的情绪过激 ,如大喜、大怒、大哀、大乐 ,都不利于养生 ;从分子生物学的角度看 ,都是功能分子正常的有序结构被部分破坏 ;从熵的角度看 ,是导致了该部分结构的熵增加 ,还可能因其非线性相互作用 ,诱发其他组织的病变 ,形成生命之熵的反馈增长。如果此时外界采取某种适当的方式 ,比如药物治疗[8 ], (表现为提供一种物质负熵流) ,挚友的开导 (表现为提供信息负熵流) ,或改变环境并加以自身有意识的反省 (表现为对熵增的一种负反馈) ,均可以使情绪好转 ,恢复低熵状态。因此 ,从信息熵流的角度看 ,避免生命之熵突然增值 ,是有利于健康长寿的。
4．10熵定律对人知识结构的应用
人的知识结构, 有理论型与经验型之分, 有专家型与杂家型之别, 也有层次高低不等。一个人的知识结构层次越高, 完整性越好, 有序性越高, 则创造能力就强, 就能发明创造, 为人类作出重大贡献, 例 如牛顿、爱因斯坦等人。用熵定律来分析, 人的知识结构是一个处于高能状态、有序性强、信息高密度的不稳定状态, 具有自发趋于混合无序, 趋向与周围环境形成平衡, 会自动发生扩散、传导、幅射等不可逆过程, 产生内致熵, d S内> 0, 内致熵会使人的知识老化, 层次降低。若一个人把自己封闭起来,不接受新知识、新信息, 不去努力学习新东西, 内致熵增大, 就会知识老化, 智力下降。为了防止知识老化, 就要引入大量负熵流, 抵销内致熵, 一般采用下列办法: ①不间断地从外界吸收信息知识。人要不断学习, 努力学习, 接受新知识, 活到老, 学到老。②不断对已有知识进行整理。组织新知识, 淘汰旧知识, 也就是不断反思, 吾日三省吾身, 自觉飞越临界点, 跃迁到更高层次。③反复运用已有知识。运用知识分析问题、解决问题, 这不仅可以强化记忆和深化理解, 还可以整合知识结构, 使之更合理、更有序。脑子越用越灵就是这个道理。在这三种办法实施中, 人要对信息、知识进行理解、记忆和创造, 都要消耗大量的物质与能量 (表现为生物热、生物电等) , 消耗大量生物能才引入大量负熵流, d S外< 0, 才能抵销d S内> 0, 使体系总熵d S< 0, 才能维持知识结构, 使它不断发展提高。
4．11熵定律对社会经济体系的应用
熵定律虽然是自然科学得出的重要定律, 但对社会科学也适用, 一个单位、一个地区、一个国家的社会经济发展也遵循熵定律。偏僻的山区经济落后, 人民贫穷。这些地区往往是交通不便、信息不灵, 是一个封闭或半封闭的体系。资源低价消耗, 人口大量增加, 内致熵不断增大。由于闭塞不能引入大量负熵流, 使体系熵值增大d S> 0, 长期处于贫穷落后状态。要改变面貌, 首先要把该地区变成一个开放体系, 所谓“要想富, 先修路”, 修通公路、铁路, 通上电灯、电话, 使外界先进的思想、先进的科学技术、优秀的人才输入进来, 引进大量负熵流。同是, 发挥本地资源优势, 把原材料加工成良好商品 (高熵值物质) , 推销到全国各地, 甚至打入国际市场, 换回大量外汇 (低熵值物质) , 得到大量负熵流。另一方面, 搞好教育, 提高民众素质, 搞好团结, 调整好干群关系, 降低内耗, 尽量减少内致熵, 这样, 负熵流大大超过内致熵, 体系的熵值d S内< 0,, 经济飞跃, 就能脱贫致富。
结束语
以“无序性的度量”来解释生命为“从有序到有序”和“从无序到有序”的两个过程构成的。熵可定义为“无序性的度量或表征”、熵增原理自然可解释为“从有序到无序发展” [9 ]。一说“无序性度量”和“从有序到无序的发展”,因为它的直观性易于理解 ,谁都能立即领略 ,并加以应用而推广。于是就很快地散布开来 ,以至于远远的超出热力学的疆界 ,而推广到社会学、经济学、法律学、心理学等人文科学的各个领域[10]。以上仅举几例说明应用负熵流观点在生命体系中有着重要意义。以上观点只给出了定性的结论, 定量描述还有待实际具体模型的建立。如果建立起实际的具体模型, 无疑对探索生命世界与非生命世界所存在的共同规律有着极其重要的作用。
生物熵
1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。20 世纪60 年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念［1］。这种广义熵的提出, 阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性［2］。
各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型, 用以描述生命过程的熵变。
1 生命的自组织过程中的公式模拟
一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，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。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。
一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。自组织现象可以通过下面过程说明：
① 蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程［4］。这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。而自组织有序度的提高, 也必然会导致生物熵的进一步减少。
②生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于0的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。
③衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律［5］。
生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。
dS=dSi+dSe
式中, dS为微熵即熵变,表示热力学体系在某一状态时的熵变；dSi 为系统内不可逆过程产生的熵,dSi ≥0；dSe 是开放系统与外界环境交换物质、能量产生的熵流,其符号可正可负。
根据生命过程可以建立一个简单数学模型描述生命过程的熵变。
以S(t) 表示t 时刻的生物熵值,那么1/S dS/dt 表示t 时刻生物熵的相对生长率, 从宏观上分析它应用由两部分组成：一部分是由于生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增加f(t) >0 ； 另一部分是该生命体生命过程中自组织生成的熵流g(t)，所以
1/S dS/dt=f(t) + g(t)［6］
分析生命体的发育过程,我们知道由生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增流f(t) 总是先增加(生命体的出生到逐步成熟) 再减少(逐步衰老)［7］。生命过程中自组织生成的负熵流g(t) 也总是先增加(生命体的出生到逐步成熟) 再减少(逐步衰老)。根据生命活动的全过程可以等到dS的解为：
dS=S0b(1-e-dt)-S0a(1-e-ct)
对比公式： dS=dSi+dSe
其中：负熵dSe=-S0a(1-e-ct) ，熵增 dSi=S0b(1-e-dt)
a,b是婴儿出生时的负熵、熵增系数，不考虑后天影响a,b应该是常量，起始时a ?b ；c、d分别是的时间变化系数，在生命过程中随时间有小的变化，且有d ?c 。其中, S(0) = S0 表示生命体刚出生时的熵值,也就是模型的初值, 一般认为其值较大。
假定以35岁为平衡点，即dS=0，可以得到：在小于35岁区间，dS由负值（较大）先快后慢减为0；大于35岁区间，dS由0先慢后快增加为正值（较大）；只是后期dS增加过程较前期变化过程慢许多。
2 对正常生命过程中的熵变分析
0岁左右~10岁左右，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这时，且从大到小变化。从公式可以看出婴儿出生时的熵变为负熵且较大，促进婴儿快速生长（生物组织的增加，有序的扩大）。在生命成长中熵增也在增加，并且比负熵增加的快，造成生命成长是从出生到长成过程中是逐渐变缓的，这与生命成长过程是相符合的。这个时期由于生命组织的快速正常发育，组织细胞大量增长，代表熵减的有序组织快速增加。由于生命组织的快速增加，伴随生命活动的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵增也必然增加。但总体来说，生物熵在快速下降中，熵变为负且有一定数值，生命在快速成长中。
10岁左右~20岁左右，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值到20岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。到20岁左右，生命基本长成，这时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这个时期由于生命组织的较快的正常发育，组织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组较快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约等于零，生命在继续成长中。
20岁左右~35岁左右，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。这个时期负熵和熵增都处于比较大的平衡状态，生命的各项指标也都在最佳状态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大。
35岁左右~50岁左右，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大，生命体征同前一阶段比较略有下降。
50岁左右以后，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。这个时期由于人体各项功能的下降，组织再造能力下降，人体组织中自由基等垃圾成分增加，组织的有序度开始下降，负熵流下降，熵增流也下降，但熵变是增加的。随着时间的推移生物熵渐渐增大起来，有序度也渐渐降下来了。
3 环境、疾病、死亡与生物熵
负熵是人体生命过程中产生的，正常情况下有较高的负熵流，当生理功能由于某种原因失常，生命过程的负熵流将下降，生物熵的上升必然造成生命体许多不适与损害。通常而言，低熵态对应着比较有序的状态，即体内有效能高转化状态［2］。
天气变化与生物熵：正常情况下，由于生命已经适应了正常的气候变化，所以正常的天气变化对生命过程的负熵没有影响，只有发生突变时，人体的正常生理调节功能无法适应变化造成负熵下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。
环境污染与负熵：环境污染必定造成生命组织的损害，结果使人体正常生理功能失常，负熵流下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。
一般疾病与生物熵：当生物体患病的时候,输入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体中堆积起来,细胞和肌体的新陈代谢能力减弱,不能将它们分解消除掉. 随着时间的推移，负熵流下降, 生物熵上升，若得不到很好的改善,无序物的堆积就会越积越多, 生物熵增大，生命就越来越弱。
肿瘤与生物熵：熵增加原理也可以解释肿瘤在人体内的发生、扩散。现代医学研究表明，癌基因以原癌基因的形式存在于正常生物基因组内，没被激活时，不会形成肿瘤。原癌基因是一个活化能位点，在外界环境的诱导下，细胞可能发生癌变，即肿瘤的形成是非自发的。非自发的过程是一个熵减的过程，也就是说肿瘤细胞的熵小于正常细胞的熵［8］。然而肿瘤细胞是在体内发生物质、能量交换的，人体这个体系就相当于肿瘤细胞的外部环境，正是由于肿瘤细胞的熵减小，导致了人体这个总体系熵增大。越恶性的肿瘤，熵值越小，与体系分化越明显，使人体的熵增也相对越大，对生命的威胁越大［6］。
生命死亡与生物熵：理论上生物熵大到极值，生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，生命即进入一个危险时期，这也就是新生生命容易死亡的原因［9］。
4 总结
在生命系统中，负熵流是生命自组织过程中自主产生的，保持正常的负熵流是人体健康的保证。人衰老就是负熵流减少造成的，亚健康状态也是负熵流减少的一种表现，维持正常的负熵流可以增加人的寿命。对生命熵的研究为我们提供了认识和研究生命过程的新思路和新方法。