【摘 要】熵是熱力學(xué)名詞，表示物質(zhì)系統(tǒng)有序或無序的物理量。系統(tǒng)的熵越大，反映了它的無序程度越大、所處的狀態(tài)越穩(wěn)定。物質(zhì)系統(tǒng)自發(fā)的變化過程總是向熵增大的方向進(jìn)行。熵不僅僅在物理學(xué)中應(yīng)用，在社會(huì)學(xué)中、生活中也有體現(xiàn)。文章首先詮釋了熵、熵增原理，接著分析了生命與熵的關(guān)系、熵增與宇宙熱寂的關(guān)系、熵增與社會(huì)的關(guān)系以及自然與人的關(guān)系，最后得出，熵增方向乃是自然之路，是人類社會(huì)發(fā)展的正確之路。

【關(guān)鍵詞】熵 熵增 人類社會(huì)發(fā)展 自然之路

【中圖分類號(hào)】C911 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674－4810（2011）19－0017－03

我們周圍的一切都在不停地變化，春去秋來，花開花落；我們?nèi)祟愐苍诓煌５刈兓?，從牙牙學(xué)語到滿頭銀發(fā)；人類居于自然，屬于自然。一個(gè)人如果熱愛大自然，他會(huì)認(rèn)真仔細(xì)觀察他能見到的一切自然現(xiàn)象，而每一種自然變化都有著其自身的規(guī)律性。我們知道，人的衰老、樹木枯萎、房子倒塌、原油消耗、土地風(fēng)化等都包含著自然過程的方向性規(guī)律，或者說是沿著某一方向進(jìn)行的。在物理學(xué)上，我們把這一類的變化過程稱為自然過程的不可逆性。嚴(yán)格地說，一切自然過程都是不可逆的?，F(xiàn)在，我們需要探知的是，這些不可逆的自然過程，是按怎樣的變化方向進(jìn)行的？

一 熵及熵增原理

一滴墨水可以染黑一盆清水；一縷花香可以溢滿居室，這類自然現(xiàn)象我們叫擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)證明，一切的擴(kuò)散過程總是從高濃度區(qū)域向低濃度進(jìn)行的。擴(kuò)散的過程也是自然的，不可逆的。如果我們把高濃度和低濃度區(qū)域看成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，那么系統(tǒng)內(nèi)的變化就是從高低有序到平衡無序的變化。我們?cè)賮砜匆幌聼醾鬟f的方向性。高溫物體A和低溫物體B的接觸，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在自然的情況下熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞的，其結(jié)果就是A物體的溫度降低和B物體的溫度升高，最終是A、B同溫，即熱平衡。如上，我們也可以把A、B看成是一個(gè)系統(tǒng)，那么熱傳遞的方向就是：從溫度的高低有序到熱平衡無序的變化。

事實(shí)上，一切自然過程都是按從有序向無序方向進(jìn)行的。一百多年前的物理學(xué)家，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出熱力學(xué)第二定律，也就是熵增原理，指明了一切自然過程的方向性。熵增原理最經(jīng)典的表述是：“絕熱系統(tǒng)的熵永不減少”，近代人們又把這個(gè)表述推廣為“在孤立系統(tǒng)內(nèi)，任何變化不可能導(dǎo)致熵的減少”。所說的熵是一個(gè)描述系統(tǒng)狀態(tài)的重要物理量，簡(jiǎn)單地說熵就是系統(tǒng)內(nèi)混亂和無序的度量。熵值越大，混亂無序的程度越大。其實(shí)是克勞修斯首次從宏觀角度提出熵概念（S＝Q/T），而后波爾茲曼又從微觀角度提出熵概念（S＝klnW），當(dāng)然兩者是相通的。孤立系統(tǒng)指的是系統(tǒng)和外界沒有物質(zhì)和能量的交換。

熵增原理的提出引起了世界的震驚。熵不僅用于物理學(xué)，而且適用于其他自然科學(xué)，甚至于在社會(huì)科學(xué)中也被廣泛地使用。美國(guó)頗有聲望的著作家、社會(huì)活動(dòng)家里夫金所撰寫的一部引起西方學(xué)術(shù)界普遍震驚的著作《熵，一種新的世界觀》，作者在書中闡明了一種新的社會(huì)歷史觀。宣稱：隨著全球性能源危機(jī)的臨近，現(xiàn)在盛行的牛頓的機(jī)械論世界觀行將消亡。取而代之的是熵的定律，即熱力學(xué)第二定律。作者給予了這個(gè)定律以哲學(xué)的意義，認(rèn)為作為自然界最高定律的熵定律，其作用在社會(huì)歷史中也無所不在。多年來的實(shí)驗(yàn)研究，確實(shí)證明了熵增原理的正確性。比如在自然科學(xué)領(lǐng)域，化學(xué)反應(yīng)是按熵增的方向進(jìn)行的；在生命科學(xué)領(lǐng)域，動(dòng)植物的生命發(fā)展是按熵增方向進(jìn)行的；在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步是按熵增方向進(jìn)行的。

二 生命與熵

生命過程則毫無例外地是向著熵增加的方向變化的，每一個(gè)生命個(gè)體最終都將走向衰老、死亡，再被自然所降解，從有序到無序，這與熵增原理是一致的。但個(gè)體的生命過程還存在發(fā)育、分化、成長(zhǎng)的階段，生命系統(tǒng)也是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低等向高等進(jìn)化的，生物機(jī)體內(nèi)部總是維持著高度的結(jié)構(gòu)有序，體內(nèi)的各種生化反應(yīng)都定時(shí)、定位、定量地發(fā)生，受到嚴(yán)格的控制。如何解釋生命這種現(xiàn)象？它是不是與熵增原理相矛盾？

熱力學(xué)第二定律還揭示了：局部的有序是可能的，但必須以其他地方的更大無序?yàn)榇鷥r(jià)。人生存，就要能量、要食物，這些都要以動(dòng)植物的死亡（熵增）為代價(jià)。實(shí)際上生命系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，其熵變可以分為兩部分：熵產(chǎn)生與熵交換。熵產(chǎn)生是由于系統(tǒng)中不可逆過程引起的，總為正值；熵交換是系統(tǒng)與環(huán)境之間由于物質(zhì)和能量的交換而引起的，可為正、為負(fù)或?yàn)榱恪烧咧蜎Q定了系統(tǒng)的總熵變。熵是物質(zhì)的一種屬性，可將物質(zhì)區(qū)分為高熵和低熵物質(zhì)。生命的基本特征是新陳代謝，從熵的角度看新陳代謝實(shí)際上是生命體汲取低熵、排出高熵物質(zhì)的過程。動(dòng)物體攝取的多糖、蛋白其分子結(jié)構(gòu)的排列是非常有規(guī)則的，是嚴(yán)格有序的低熵物質(zhì)，而其排泄物（二氧化碳、尿、汗等）卻是相對(duì)無序的，這樣就引進(jìn)了負(fù)熵流，系統(tǒng)的熵將減少。當(dāng)系統(tǒng)的總熵變小于零時(shí)，生命處在生長(zhǎng)、發(fā)育的階段，向著更加高級(jí)有序的結(jié)構(gòu)邁進(jìn)。當(dāng)總熵變?yōu)榱銜r(shí)，生命體將維持在一個(gè)穩(wěn)定、成熟的狀態(tài)，而總熵變大于零的標(biāo)志則是疾病、衰老。疾病可以看作是生命體短期和局部的熵增加，從而引起正常生理功能的失調(diào)和無序，治療則是通過各種外部力量（藥物、手術(shù)、飲食、保健等）干預(yù)機(jī)體，促進(jìn)吸納低熵、排出高熵。

三 熵增與宇宙熱寂

克勞修斯于1865年將熱力學(xué)第二定律推廣到宇宙，得出宇宙熵趨于極大值，并于1867年正式提出熱寂說，認(rèn)為：“在一切自然現(xiàn)象中，熵的總值永遠(yuǎn)只能增加而不能減少。于是到處不斷進(jìn)行的變化過程，由此可以認(rèn)為：宇宙的熵趨于極大。宇宙越是接近于這個(gè)熵是極大的極限狀態(tài)，那就任何進(jìn)一步的變化都不會(huì)發(fā)生了，這時(shí)宇宙就會(huì)進(jìn)入一個(gè)死寂的永恒狀態(tài)?！边@就是熱寂說。

“熱寂說”是哲學(xué)上長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的一個(gè)問題，也是物理學(xué)上無法直接驗(yàn)證的問題。我們需要思考的是：從物理學(xué)研究總結(jié)的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)是否可以無邊的推廣到宇宙。其實(shí)熱力學(xué)第二定律并非普適定律，它只適用于具有兩個(gè)前提條件的系統(tǒng)：一是：系統(tǒng)必須是孤立的，與外界沒有物質(zhì)和能量的交換；二是：系統(tǒng)必須“從一個(gè)有序的狀態(tài)啟始”（《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》，霍金著，第163頁）。因?yàn)榘凑諢崃W(xué)第二定律的論斷，系統(tǒng)一旦熱平衡，就熵寂了，不再有任何活動(dòng)。這兩個(gè)前提條件都必需一應(yīng)具備，缺少其中的任何一個(gè)，熱力學(xué)第二定律都不適用。宇宙是否兼具這兩個(gè)前提條件？首先，人們必須確定宇宙是否是一個(gè)孤立系統(tǒng)，即使宇宙是孤立的系統(tǒng)，它也可能不符合熱力學(xué)第二定律所設(shè)定的必備的第二個(gè)前提——源于有序。因?yàn)橛钪娴钠鹪纯赡芫褪菬崞胶鈶B(tài)。就人類目前研究來看，這兩點(diǎn)都是無法確定的。也就是說，宇宙的將來是否熱寂，現(xiàn)在沒有定論，只有爭(zhēng)論。如果按照現(xiàn)在比較流行的大爆炸理論，也許“熱寂”只是宇宙輪回過程中的一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”。

大爆炸理論認(rèn)為：早期的宇宙充滿了同源同性的物質(zhì)，其溫度、壓強(qiáng)、能量都極高。隨著膨脹和冷卻，宇宙物質(zhì)經(jīng)歷了相變，相轉(zhuǎn)變引起宇宙產(chǎn)生指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，稱為暴脹。之后暴脹停止，此時(shí)宇宙的物質(zhì)形式是夸克—膠子等離子體，這些物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)都符合相對(duì)論。宇宙繼續(xù)在空間上膨脹，溫度繼續(xù)下降。在某一溫度下，一種至今未知的所謂重子相變的相變產(chǎn)生，夸克和膠子組成重子，就是質(zhì)子和中子。隨著溫度進(jìn)一步降低，更多無對(duì)稱的相變發(fā)生，形成了現(xiàn)在的基本粒子和基本相互作用。之后，一些質(zhì)子和中子結(jié)合，組成氘和氦的原子核，這個(gè)過程叫做太初核合成。最終，形成現(xiàn)在這樣的宇宙?，F(xiàn)在的宇宙并沒有停止發(fā)展，宇宙會(huì)在膨脹到最大體積之后收縮，在收縮過程中，宇宙的密度和溫度都會(huì)再次升高，最后終結(jié)于同爆炸開始相似的狀態(tài)——一個(gè)致密致熱的小球。而宇宙的溫度會(huì)趨近于絕對(duì)零度。黑洞被氣化，宇宙的熵會(huì)增加到極點(diǎn)，再也不會(huì)有組織的能量形式產(chǎn)生，這叫做熱寂說。接著就是宇宙開始新的一輪輪回。

四 信息熵

對(duì)于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，按照熵增原理，其結(jié)果就是達(dá)到平衡。而當(dāng)想逆行時(shí)，就必須施加外界的影響。麥克斯韋設(shè)想，用隔板隔開的兩個(gè)盒子內(nèi)盛有相同溫度的氣體，隔板上開一小孔，小孔上裝一扇可以自由開合且無摩擦的小門，小精靈把門。它只允許快速的分子從左盒進(jìn)入右盒；只允許低速運(yùn)動(dòng)的分子從右盒進(jìn)入左盒。因此，如果存在這種小精靈，就能使分子動(dòng)能高的分子從左盒轉(zhuǎn)移到右盒，形成左右溫差，建立秩序，實(shí)現(xiàn)熵的自發(fā)減少，從而似乎推翻了熱力學(xué)第二定律。這就是著名的麥克斯韋妖。我們假想一下，用人來代替這些進(jìn)行交換的分子，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是可以從無序到有序的。那么人和那些分子到底有什么本質(zhì)的區(qū)別呢？其實(shí)人就是一個(gè)高度有序的生命體，這種生命體和外界的交換不僅僅是物質(zhì)和能量上的交換，還有信息上的交換。為此，著名的信息學(xué)理論的創(chuàng)始人香農(nóng)提出了信息熵的觀念。

信息熵是用于度量信息量的一個(gè)概念。一個(gè)系統(tǒng)越是有序，信息熵就越低；反之，一個(gè)系統(tǒng)越是混亂，信息熵就越高。所以，信息熵也可以說是系統(tǒng)有序化程度的一個(gè)度量。信息的運(yùn)用等于熵的減少。麥克斯韋妖正是利用信息來判斷區(qū)別分子的。而人類對(duì)于信息的運(yùn)用，不會(huì)比妖差多少，其實(shí)還有許多動(dòng)植物都有信息的利用能力。所以系統(tǒng)的熵變（dS）應(yīng)該包含物質(zhì)能量交換引起的熵變（dS1）和信息交換引起的熵變（dS2）以及系統(tǒng)體內(nèi)自發(fā)熵變（dS3）。

（dS）＝（dS1）＋（dS2）＋（dS3）

對(duì)于一個(gè)孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)的熵是不會(huì)減少的；但是對(duì)于一個(gè)開放系統(tǒng)，系統(tǒng)可通過和外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換來減少系統(tǒng)的熵。生命系統(tǒng)在成長(zhǎng)過程中正是和外界的交換來減少系統(tǒng)的熵，從而使生命體完成從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化。也正是因?yàn)樾畔㈧氐拇嬖?，才顯示出生命體和無機(jī)物的本質(zhì)不同。

五 熵增與社會(huì)發(fā)展

隨著社會(huì)發(fā)展，能量消耗的增大，我們的世界的熵正在不斷增大，社會(huì)正走向無序，而現(xiàn)在出現(xiàn)的能源問題、環(huán)境問題、人口爆炸性增長(zhǎng)問題等又恰好印證了熵增的原理。因此一些持有悲觀的社會(huì)發(fā)展觀點(diǎn)的人認(rèn)為，當(dāng)我們?cè)陂_采礦石、生產(chǎn)糧食、加工食品的過程中，耗費(fèi)了別的物質(zhì)和能量，部分能量被吸收進(jìn)了產(chǎn)品，而還有不少能量則浪費(fèi)掉了。社會(huì)的發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)財(cái)富的增多，能量喪失得越多，熵也增加得越多。熵增加就是有效能量的減少，有效能量使用過后成為無效能量即“垃圾”，人類科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展正產(chǎn)生出比他“創(chuàng)造”出來的“財(cái)富”更多更有害于人類的垃圾。人類只能減慢熵的增長(zhǎng)和延緩走向“熱寂”的速度。因而，人類在以自己的勞動(dòng)創(chuàng)造商品的價(jià)值時(shí)，也在增大著地球上的熵?？傆幸惶欤?dāng)我們?cè)贌o能源可用、稱之為“熱寂”時(shí)，人類的文明社會(huì)終將走向悲劇化結(jié)局。那時(shí)一切自然、生命將銷聲匿跡，世界再也沒有溫暖明媚的陽光、清新?lián)涿娴奈L(fēng)、波濤起伏的海浪，世界處于一片混亂和無序之中?？偟膩碚f，人類社會(huì)的發(fā)展是一個(gè)衰滅過程。

然而，我們的社會(huì)是個(gè)開放的社會(huì)，為了控制社會(huì)的熵增，我們必須行動(dòng)起來。我們的社會(huì)要不斷向前發(fā)展，減緩熵增過程，有兩個(gè)途徑：第一，增大負(fù)熵流的輸入；第二，減小系統(tǒng)自身內(nèi)不可逆增熵流的增大。就具體行動(dòng)而言，就是第一，堅(jiān)持開放，從外界獲取物質(zhì)和能源；第二，保護(hù)環(huán)境，減少人類消耗。就一個(gè)國(guó)家而言：開放是一個(gè)國(guó)家的穩(wěn)定前提。例如朝鮮，是一個(gè)封閉社會(huì)，缺乏外界的負(fù)熵（或者是低熵）流入，按照熵增原理，社會(huì)必然走向無序，極度的無序，就有可能引起社會(huì)的相變（也就是政府的更迭）。作為政府，為了維護(hù)自己的統(tǒng)治，必然想方設(shè)法來減低社會(huì)的熵。那就是制定嚴(yán)格的法律，通過法律使社會(huì)變得有序，也就是降低熵。這樣，我們又有了“社會(huì)熵”的概念。那么影響或決定我們?nèi)祟惿鐣?huì)發(fā)展方向的熵變，應(yīng)該包括自然熵、信息熵、社會(huì)熵等。社會(huì)熵是社會(huì)無序程度的度量。人類社會(huì)的發(fā)展也是按照熵增的方向進(jìn)行的。一定的社會(huì)形態(tài)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短，取決于統(tǒng)治者如何控制社會(huì)的熵增。當(dāng)然，社會(huì)是一定要前進(jìn)的，正如生命、宇宙一樣也許都要“輪回”。

六 自然與人

熵增定律從本質(zhì)來看是一種決定論，而且和我們以前認(rèn)識(shí)的所有定律一樣，是一種“單向”定律——它一直就隱藏在自然變化之中，只不過是被人類發(fā)現(xiàn)了而已。既然任何的自然過程都是按照其自身的規(guī)律發(fā)展的，也就是按照熵增的方向進(jìn)行的，自然早已把結(jié)局當(dāng)成定數(shù)賦予了人類，那么，人類難道就真的無能為力了嗎？

人與自然的關(guān)系決非簡(jiǎn)單的“單向”定律就能涵蓋，如果把生命統(tǒng)統(tǒng)都看作是一次短暫的化學(xué)反應(yīng)，那一切都將是毫無意義的。其實(shí)人與自然應(yīng)該是和諧共存的關(guān)系。中國(guó)有句古話——知命造命。人（包括個(gè)體和人類）的命運(yùn)是可以通過后天努力去改變的，所以，問題的關(guān)鍵不在于我們?cè)撛鯓痈淖冏匀?，而在于?yīng)該怎樣看待自然。是當(dāng)作一個(gè)有機(jī)鮮活的“生命”整體，還是當(dāng)作一堆等待反應(yīng)的物質(zhì)材料。唯物辯證法認(rèn)為：世界由物質(zhì)和意識(shí)構(gòu)成。任何問題如果回避精神而只談物質(zhì)，都將是片面而狹隘的。即便是從熵增原理出發(fā)，自然是按照熵增的方向進(jìn)行的，但是人類可以影響熵變的。更何況，我們還有信息熵、社會(huì)熵，都可以用于控制自然的熵變。再說，自然的方向是不可逆的，是指在自發(fā)的情況下。其實(shí)只要通過人力就可以改變自然的方向，不過，我們改變的只能是局部的、個(gè)別的自然方向，這種局部或者是個(gè)別的改變，將以犧牲全局的熵變?yōu)榍疤帷＠?，空調(diào)的使用，就可以使熱量從低溫物體傳給高溫物體。它帶來的僅是局部生存的舒適，但是它給整個(gè)自然界帶來的是災(zāi)難。

人類生于自然，長(zhǎng)于自然，我們可以改變自然，但是在改變自然之前，應(yīng)該好好考慮?，F(xiàn)在我們經(jīng)常談?wù)摰目沙掷m(xù)發(fā)展，也許就是人類社會(huì)發(fā)展的正確之路。

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〔責(zé)任編輯：李錦雯〕