天地不仁,以万物为刍狗 —— 熵增原理

创建时间 2019-08-02
更新时间 2021-04-28

熵增原理-1

物质世界的本质 2019-08-03

我曾想使用 熵增原理 来解释一些事情,这是一种关于世界本质的领悟,是至关重要的。

不过,要真的讲清楚这件事情,实际上是不容易的。因为人是有感情的,想要完全抛掉成见是很难的,有时候难于登天,所以要从最基础的现象来抽象出其中的逻辑,也是一件困难的事。

既然我认为 熵增原理 是如此的重要,以至于目前为止每次遇到 熵增原理 这四个字,我都是分离且加粗的。

前面开个玩笑,分离和加粗并不能实际的改变和说明熵增原理。既然作为物理定律,那么它必然经得起时间的检验。也是因为它是物理定律,就说明它是一种不完全统计,意味着一旦发生一个现象与它的描述不符,这个定律就是不对的。不过目前还没有发生而已。

既然 熵增原理 经过了时间的检验,那么这里就认为它是对的,以下所有的一切都是建立在熵增原理之上。


消极与积极 2019-08-03

既然这篇文章假设的受众是所有的人,意味着我需要假设读文章的人,除了认识字以外,对物理学一无所知。这个假设是不容易的。所以,希望大家有基本的是非观,来讨论的物质是两种极端。

这里的两种极端是 : 有序无序

对于有序和无序的解释可以是:有序的东西人们喜欢,所以有序是积极的,而无序是相对于有序而言的,也就是无序是消极的。所以按照这个分类逻辑,那么可以将有序和无序进行分类:

有序 无序
好的 坏的
整洁的 肮脏的
积极的 消极的

简单的物理现象 2019-08-03

为了 解释熵增原理,直接说难免会有点难懂,下面说一些简单而常见的物理现象来解释这个过程。

  • 热水变冷

假如在常温(25°)下放置一杯50°热水,它会慢慢地变冷。这个现象想必大家都知道。慢慢地变冷的这个过程,就是从高温自发性地转向低温的过程。

  • 冰雪融化

冰雪融化的过程,实际上和热水变冷的过程差不多,只不过冰雪的热量低,那么常温空气中地热量会自发性地转向冰雪,那么冰雪就会自发性的融化。

热量只能自发的从高温物体转移到低温物体

这个过程就是 热力学第二定律


第一个例子中,我们假设热水的状态为有序的状态,也就是水分子的温度只能保持在50°,这个状态是我们想要的状态,所以它是积极的状态。那么水分子除了这种状态以外,其他的所有状态都是无序的状态。所以热水就会自发性变得混乱

第二个例子中,如果我们假设,结冰的状态是有序的状态,那么也就是说水分子的温度只能保持在零下,水分子如果变成水,或者水蒸气,那么都是混乱的状态。如果空气的温度超过零度,那么热量就会流向冰块,这时候冰就会变成水,那么 混乱程度 就会自发性的增加

这里我们把混乱程度称为 ,也就是熵是混乱程度的度量,混乱程度越大,熵越大,反之则越小。所以上面两个例子,都是在自发性的变得更加混乱,也就是熵在自发性的增加,简称 熵增

一个 物质系统 总会 自发性熵增

这是对 熵增原理 的描述。那么知道这个有什么用呢?


第一个例子中,由于水会自发性的变冷,如果要维持热水的状态,就必须从外界给杯子不断地加热,也就是我们在降低热水的混乱程度;第二个例子中,冰会自发性地融化,为了维持冰的状态,那么就需要把冰放到冰箱里,或者用一些其他的什么办法来让冰保持状态。

物质系统总是在自发性的变得混乱,那么为了维持系统的状态,就需要从外界获取能量来维持这种状态;自发性变得混乱地过程称为 熵增,那么从外界获取能量来维持系统的稳定性的过程就称为 负熵

一个 物质系统 总会 自发性熵增;而为了维持系统稳定,就需要从外界获取 负熵 来抵消熵增。


第一个例子中,我们为了让热水一直热,需要为热水一直加热,如果我们停止加热,那么热水就会自然变冷,这里我们把热水变冷视为系统崩溃;第二个例子中,我们需要为冰持续制冷,否则冰就会融化。这里我们把冰雪融化视为系统崩溃。

一个 物质系统 总会 自发性熵增;而为了维持系统稳定,就需要从外界获取 负熵 来抵消熵增。如果系统无法从外界获取负熵,那么就会发生 系统崩溃


再试想,如果第一个例子中,我们使用灯为其加热的,那么把灯和热水视为一个系统,这个系统的熵也是在增加的,也就是热量会源源不断地耗散。直到灯里没有油了,那么系统也会崩溃。为了维持这个系统的稳定性,我们就需要从外界获取能源,为灯添油;这个过程也是一个负熵的过程。一旦油尽,必然灯枯。假如灯的温度过高,也就是热水很可能会煮沸,也就是热水变成了水蒸气,这个过程实际上熵也在增加,也就是系统能够承受的负熵也是有限度的,否则同样会造成另一种熵增,造成系统奔溃。所以要想维持系统的稳定性,负熵 必须大于 熵增

物质系统可以视为一个由分子或者原子构成的系统,那么这个系统就会自发性的熵增,为了维持这个系统的稳定性,就需要从外界获取负熵来抵消熵增。

再者,我们把整个宇宙视为一个系统,那么宇宙也在自发性的熵增,于是,为了维持宇宙的稳定性,就需要从外界获取负熵;如果宇宙外再也没有其他的物质系统,就意味着,宇宙会在一定的时间内热量耗散殆尽,熵增至最大,最终成为一片虚空,这个假设称为 热寂


一些简单的推广 2019-08-03

上面的两个例子,简单的说明了熵增理论,如果我们把熵增理论进行推广,那么前文中的表格可以加上 熵增负熵

有序 无序
负熵 熵增
好的 坏的
整洁的 肮脏的
积极的 消极的

也就是,熵增原理在告诉我们,消极的东西总是会自发性的到来。

假设房间是一个系统,那么这个系统就会自发性的变得混乱,我们为了让房间变得整洁,就需要人为的打扫房间。这个过程中,房间变得混乱就是在熵增,而打扫房间,就是从外界获取负熵。

假设衣服是一个系统,那么衣服就会自发性的变脏,为了使衣服整洁,我们就需要定期洗衣服。那么衣服变脏视为熵增,而洗衣服就是在为衣服负熵。与此同时,衣服总会自发性的变旧,变旧的过程也可以视为熵增。但是要想让衣服变新,我们似乎没有特别好的办法。比较悲观的是,我们有时候并不能阻止熵增,也就是我们找不到负熵的办法。


关于麦克斯韦的妖 2019-08-03

上面解释了熵增的自发性,历史上有人为了推翻这个理论,做出了重要的贡献;这个人就是英国著名物理学家——麦克斯韦,下面是麦克斯韦的假设。

可以简单的这样描述,一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由 控制的一扇小 ,容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击,门可以选择性的将速度较快的分子放入一格,而较慢的分子放入另一格,这样,其中的一格就会比另外一格温度高,可以利用此温差,驱动热机做功。这是第二类永动机的一个范例。

这里看似无懈可击,但是却有一个致命的缺陷,就是妖怪知道那个分子快,那个分子慢,这个系统中,从外界获取的负熵,正是这个妖怪给的信息,这些信息造成了整个系统熵增的降低。我们把由信息造成熵增的降低的过程,称为 内卷

内卷的过程就是系统降低自身的复杂性,降低熵增,来维持熵增和负熵平衡的过程。

一个 物质系统 总会 自发性熵增;而为了维持系统稳定,就需要从外界获取 负熵 来抵消熵增。如果系统无法从外界获取负熵,那么就会发生 系统崩溃。一旦系统意识到系统的负熵不能抵消熵增,那么系统就会 内卷


关于生命的思考 2019-08-03

我听过对人最精确的定义是:人是其自身和所有社会关系的总和

如果我们把人视为一个系统,那么这个系统也会自发性的熵增,也就是人会自发性的变饿,于是变饿是一个物理学现象。为了维持系统的稳定性,就需要从外界获取负熵,也就是人需要食物。那么这里食物就是人的负熵。而且人能承受的负熵也是有限的,换句话说,如果人吃的东西太多了,就会撑死,饿死是熵增的表现,那么撑死也是另一种熵增。一旦人意识到获取食物比较困难,就会节衣缩食,那么节衣缩食的这个过程,就是 内卷

由于人不仅仅是自身,还会有一些社会关系,比如人都应该有父母,兄弟姊妹,三姑六婆等等的社会关系存在。那么这种关系实际上也作为人的一个附属系统而存在。

那么社会关系这个系统,同样也会熵增,就算是需要自生不断地获取负熵来维持这个系统。于是,很久不联系的朋友就会变得不那么重要,人红是非就会多。

社会关系看起来好像不能算作是物质系统,而是有一种特殊的存在,那么这种存在实际上是由信息控制的,也就是社会关系实际上是在维持一种信息系统,信息同样也可以用熵来度量。

如果一个系统可以使用信息来作减熵操作,那么这个系统就会在负熵不能满足熵增时,自发性的 内卷,内卷的过程就是降低系统的复杂性,以保证负熵能够与熵增匹配。

生命以负熵为食 —— 生命能够通过信息来减熵以达到自己稳定,而能够通过信息来减熵的事物就可以称作是生命

也就是说,由于信息熵的参与,人会在钱不够的时候,节衣缩食,以保证自身的稳定能维持更长的时间。

熵增原理提醒我们消极的东西总会悄然而至,所以需要我们自身不断地努力获得积极的东西,来抵消消极的影响。

关于社会的思考 2019-08-03

虽然我可能不知道社会具体的发生了什么,但是我深刻的理解到了,熵增的 自发性。由于熵增的自发性,所以迫使系统需要负熵来维持稳定性。而且有时候负熵也可能是一个系统,也就是说这个系统同样也会自发性的熵增,同样这个负熵系统就需要它的负熵来维持它的稳定性。

一个系统的负熵如果过多,就会自发性的增加复杂性来制衡这些负熵,所以负熵充足的条件下,系统就会欣欣向荣,蒸蒸日上。但是系统熵增总会有个极限,也就是说负熵是稀缺资源,需要合理配置。

于是对于一个人来说,维持社会关系是需要大量负熵的,能量是守恒的,时间对于人来说也是等量的。人是由众多子系统构成的。所以为了维持社会关系需要的负熵,可能是从其他子系统攫取的。

另一方面,从人来说,大多数情况下负熵实际上就是钱 或者说 资源,但是对于整个系统负熵实际上并不是可以无限输入,否则系统同样会崩溃。也就是说特定的人能够承受的资源实际上也是一定的。如果获得到更多的资源,那么系统就会自发性变得复杂,以这种复杂性来抵消更多的负熵。人的自身变得复杂了,或者说由于资源本身也自成一个系统,而资源本身也会熵增[通货膨胀],所以这个系统同样会对人反噬,也就是将人视为负熵,迫使人为其寻找负熵。人会自发性尽可能地合理配置资源。而如果人的意识和认知并不能合理配置,其实那样系统同样会崩溃。

不管是因为资源的熵增,造成人要去为资源寻找负熵的改变;还是人找不到资源的负熵而造成整个系统崩溃。总而言之,站在人的立场上来说,都会对人产生重大改变,无论这些改变你愿不愿意接受,但确确实实,人被改变了。于是,绝大多数情况下,人的认知是不能处理那么多资源的,会造成资源反噬。这也就是一般来说:人都喜欢钱,但是钱的名声自古以来都很臭。

把钱视为负熵,是因为钱可以很方便的转换为食物和一些其他的东西。这种转换过程需要的能量对于人来说很小,可以忽略,于是对于人来说钱是很稳定的负熵来源。

那么,对于人来说,熵增是自发性的,不可避免的;那么人为了获取负熵,必然需要不停的挣钱,由于挣钱的多少直接与意识和认知相关。也就是我们必须不停的学习和思考,来提升自身的认知水平,来使得得到的负熵与熵增匹配。而如果需要进步的化,则需要更多的负熵来保证系统能够向更复杂发展。所以从熵增原理的角度来思考,出来混总是要还的。

对于国家来说,一个国家的熵增也是自发性的,也就是城市化会越来越发达,也就是需要负熵也会越来越多。从国家的角度来思考,一个国家的负熵主要是经济增长率。而熵增主要是通货膨胀,判断一个国家发展是不是良性的就很简单了,主要看经济增长率和通货膨胀的大小,是不是有净增长。一般情况下,一个国家的通膨率应该在 1%~2% 之间,而如果经济增长率小于 1.5% 的话,极大可能意味着负熵达不到熵增的要求,社会就会自发性内卷,就会有一些社会矛盾激化。


关于王朝的思考 2019-08-03

现在地球上的能量从根本上来说只来自于太阳能,所以如果人类倾其所能使得太阳能尽可能地转换为想要的能量的总能量小于人类实际需要的量,那么共产主义是无法实现的。

首先如果能实现共产主义,意味着能量可以无尽的索取,但是对于能量守恒定律来说,这是不可能实现的。也就是说能量也是一种稀缺资源,需要合理配给,自然经济学的基本原理也不会随着共产主义的逼近而失去意义。

于是共产主义只能逼近,无法实现,我国只能处于并长期处于社会主义初级阶段。

反过头来再从熵增原理的角度阐述这一过程,上面通过能量守恒的角度来说,也只是一种逆向的思维,从正向发展的眼光来看。一个系统稳定,则必然伴随着熵增,也就是混乱程度会增加,而需要保持系统持续的稳定则需要从外界获取负熵来维持稳定。再者,系统需要发展,也就是需要增加熵增的速率,这也意味着为了维持稳定,就需要持续的获取更多的负熵来维持稳定。

而社会的自然资源必然有一个上限,也就是,熵增到一定的过程系统就会分崩离析,如果我们把王朝视为一个系统,这也就是王朝周期律的本质。

一个封闭的系统必然会伴随着熵增,如果熵增于负熵匹配,并且再无其他负熵,那么系统意识到负熵无法平衡熵增时,这个封闭的系统必然会走向内卷。也就是系统自发性的降低复杂性来平衡熵增与负熵。而内卷便会单调而乏味,无法接受外界的冲击。否则系统就会崩溃。这也就是近代清政府打不过列强的主要原因吧。

只有悲剧才能永恒 2019-08-06

熵增原理告诫我们消极的事情总会悄然而至

神经网络启发我们美好的事情可能即将发生

所谓 眼见不一定为实 不过如此!!!

天地不仁,以万物为刍狗

一切物质系统总会自发性的变得混乱,这与我们希望的美好的世界是不一致的。

天行健,君子以自强不息

好在人是有意识的,神经网络的预测往往喜欢乐观,偏喜负熵对抗熵增,自然是万分的不自量力,殊不知,其对抗也在熵增的控制之下。

可是,万物生灵浑然不觉,非叫王谢堂前燕,飞入百姓家,自然悲剧成为永恒。

未完待续

熵增原理几乎适用于所有的物质系统,也就是整个宇宙中由原子构成的事物都服从此定律。这几乎可以将人世间所有的恩怨情仇都联系起来,也许这让生活变得死气沉沉,不过也让匪夷所思之事变得合乎情理。

参考资料