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熵 信息熵 与 熵定律熵shng 物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。 科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量（ling）度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。 在信息论中，熵表示的是不确定性的量度。 1.只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。江河发源地的水位比较高，那里的水的势能也比河口的水的势能来得大。由于这个原因，水就沿着江河向下流入海洋。要不是下雨的话，大陆上所有的水就会全部流入海洋，而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较均匀。正是在水往下流的时候，可以使水轮转动起来，因而水就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的，即使这些水是处在很高的高原上，因而具有异常高的势能，同样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝着均匀化方向的流动。熵是混乱和无序的度量.熵值越大,混乱无序的程度越大. 我们这个宇宙是熵增的宇宙.热力学第二定律,体现的就是这个特征. 生命是高度的有序,智慧是高度的有序. 在一个熵增的宇宙为什么会出现生命?会进化出智慧?(负熵) 热力学第二定律还揭示了, 局部的有序是可能的,但必须以其他地方更大无序为代价. 人生存,就要能量,要食物,要以动植物的死亡(熵增)为代价. 万物生长靠太阳.动植物的有序, 又是以太阳核反应的衰竭(熵增),或其他的熵增形势为代价的. 人关在完全封闭的铅盒子里,无法以其他地方的熵增维持自己的负熵. 在这个相对封闭的系统中,熵增的法则破坏了生命的有序. 熵是时间的箭头,在这个宇宙中是不可逆的. 熵与时间密切相关,如果时间停止流动,熵增也就无从谈起. 任何我们已知的物质能关住的东西,不是别的,就是时间. 低温关住的也是时间. 生命是物质的有序结构.结构与具体的物质不是同一个层次的概念. 就象大厦的建筑材料,和大厦的式样不是同一个层次的概念一样. 生物学已经证明,凡是到了能上网岁数的人, 身体中的原子,已经没有一个是刚出生时候的了. 但是,你还是你,我还是我,生命还在延续. 倒是死了的人,没有了新陈代谢,身体中的分子可以保留很长时间. 意识是比生命更高层次的有序.可以在生命之间传递. 说到这里,我想物质与意识的层次关系应该比较清楚了. 这里之所以将唯物二字加上引号. 是因为并不彻底.为什么熵减是这个宇宙的本质,还没法回答. （摘自人民网BBS论坛）不管对哪一种能量来说，情况都是如此。在蒸汽机中，有一个热库把水变成蒸汽，还有一个冷库把蒸汽冷凝成水。起决定性作用的正是这个温度差。在任何单一的、毫无差别的温度下不管这个温度有多高是不可能得到任何功的。“熵”(entropy)是德国物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius, 1822 1888)在1850年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。如果把两个水库连接起来，并且其中一个水库的水平面高于另一个水库，那么，万有引力就会使一个水库的水面降低，而使另一个水面升高，直到两个水库的水面均等，而势能也取平为止。因此，克劳修斯说，自然界中的一个普遍规律是：能量密度的差异倾向于变成均等。换句话说，“熵将随着时间而增大”。对于能量从密度较高的地方向密度较低的地方流动的研究，过去主要是对于热这种能量形态进行的。因此，关于能量流动和功能转换的科学就被称为“热力学”，这是从希腊文“热运动”一词变来的。人们早已断定，能量既不能创造，也不能消灭。这是一条最基本的定律；所以人们把它称为“热力学第一定律”。克劳修斯所提出的熵随时间而增大的说法，看来差不多也是非常基本的一条普遍规律，所以它被称为“热力学第二定律”。 2.信息论中的熵：信息的度量单位：由信息论的创始人Shannon在著作通信的数学理论中提出、建立在概率统计模型上的信息度量。他把信息定义为“用来消除不确定性的东西”。 Shannon公式：I(A)=-logP(A) I(A)度量事件A发生所提供的信息量，称之为事件A的自信息，P(A)为事件A发生的概率。如果一个随机试验有N个可能的结果或一个随机消息有N个可能值，若它们出现的概率分别为p1,p2,，pN,则这些事件的自信息的平均值： H=-SUM(pi*log(pi),i=1,2N。H称为熵。信息熵 1948 年，香农提出了“信息熵”(shng) 的概念，解决了对信息的量化度量问题。 香农指出，它的准确信息量应该是= -（p1*log p1 + p2 * log p2 +p32 *log p32)， 其中，p1，p2 ，p32 分别是这 32 个球队夺冠的概率。香农把它称为“信息熵” (Entropy)，一般用符号 H 表示，单位是比特。有兴趣的读者可以推算一下当 32 个球队夺冠概率相同时，对应的信息熵等于五比特。有数学基础的读者还可以证明上面公式的值不可能大于五。对于任意一个随机变量 X（比如得冠军的球队），它的熵定义如下： 变量的不确定性越大，熵也就越大，把它搞清楚所需要的信息量也就越大。信息熵是信息论中用于度量信息量的一个概念。一个系统越是有序，信息熵就越低； 反之，一个系统越是混乱，信息熵就越高。所以，信息熵也可以说是系统有序化程度的一个度量。 熵的概念源自热物理学.假定有两种气体a、b，当两种气体完全混合时，可以达到热物理学中的稳定状态，此时熵最高。如果要实现反向过程，即将a、b完全分离，在封闭的系统中是没有可能的。只有外部干预（信息），也即系统外部加入某种有序化的东西（能量），使得a、b分离。这时，系统进入另一种稳定状态，此时，信息熵最低。热物理学证明，在一个封闭的系统中，熵总是增大，直至最大。若使系统的熵减少（使系统更加有序化），必须有外部能量的干预。 信息理论的鼻祖之一Claude E. Shannon把信息（熵）定义为离散随机事件的出现概率。所谓信息熵，是一个数学上颇为抽象的概念，在这里不妨把信息熵理解成某种特定信息的出现概率。而信息熵和热力学熵是紧密相关的。根据Charles H. Bennett对Maxwells Demon的重新解释，对信息的销毁是一个不可逆过程，所以销毁信息是符合热力学第二定律的。而产生信息，则是为系统引入负（热力学）熵的过程。所以信息熵的符号与热力学熵应该是相反的。一般而言，当一种信息出现概率更高的时候，表明它被传播得更广泛，或者说，被引用的程度更高。我们可以认为，从信息传播的角度来看，信息熵可以表示信息的价值。这样子我们就有一个衡量信息价值高低的标准，可以做出关于知识流通问题的更多推论。信息熵的计算是非常复杂的。而具有多重前置条件的信息，更是几乎不能计算的。所以在现实世界中信息的价值大多是不能被计算出来的。但因为信息熵和热力学熵的紧密相关性，所以信息熵是可以在衰减的过程中被测定出来的。因此信息的价值是通过信息的传递体现出来的。在没有引入附加价值（负熵）的情况下，传播得越广、流传时间越长的信息越有价值。熵首先是物理学里的名词.在传播中是指信息的不确定性,一则高信息度的信息熵是很低的,低信息度的熵则高。具体说来，凡是导致随机事件集合的肯定性，组织性，法则性或有序性等增加或减少的活动过程，都可以用信息熵的改变量这个统一的标尺来度量。 熵定律 【熵定律是自然界的最高定律】 熵定律是科学定律之最，这是爱因斯坦的观点。我们知道能源与材料、信息一样，是物质世界的三个基本要素之一,而在物理定律中，能量守恒定律是最重要的定律，它表明了各种形式的能量在相互转换时，总是不生不灭保持平衡的。在等势面上,熵增原理反映了非热能与热能之间的转换具有方向性，即非热能转变为热能效率可以100%,而热能转变成非热能时效率则小于100%(转换效率与温差成正比),这种规律制约着自然界能源的演变方向,对人类生产、生活影响巨大；在重力场中,热流方向由体系的势焓(势能+焓)差决定,即热量自动地从高势焓区传导至低势焓区,当出现高势焓区低温和低势焓区高温时，热量自动地从低温区传导至高温区,且不需付出其它代价,即绝对熵减过程。显然熵所描述的能量转化规律比能量守恒定律更重要，通俗地讲：熵定律是老板，决定着企业的发展方向，而能量守恒定律是出纳,负责收支平衡，所以说熵定律是自然界的最高定律。 【熵与宇宙模型】 目前流行的大爆炸理论仍然是崇尚热寂的，只不过换个说法而已，该理论认为：对于一个静态的体系(或宇宙中的局部空间)熵仍趋于最大值，但膨胀的(看着气体膨胀)宇宙会拉大温差，宇宙根本不能达到平衡态,所以宇宙不会出现热寂。举个通俗的例子,一池塘清水，有污水不断向池里流入，水质面临恶化，如果外界又不断地向池中加入清水，且加入清水的量远多于污水，毫无疑问这池水永远是清水(设池塘容积可增加)。熵增原理是在忽略引力作用时得到的规律，而在研究宇宙熵变时引力就不能忽视，所以笔者认为大爆炸理论对熵的解释是错误的,不论宇宙是膨胀、收缩或静态,宇宙都不会进入热寂,因为星体引力具有减熵的能力,而高温星体向太空辐射光和热,这是熵增过程,这两种相反的热流将永恒的对峙着，实现熵和热的大环流,所以说,即使是有限的宇空也永远不会出现热寂。仍用上述例子，一池塘清水，有污水不断向池里流入，但池塘有自净功能,有能力处理流入的污中，所以水质不会恶化。 【分熵的特点】 熵概念源于卡诺热机循环效率的研究，是以热温商的形式而问世的,当计算某体系发生状态变化所引起的熵变总离不开两点,一是可逆过程；二是热量的得失,故总熵概念摆脱不了热温商这个原始外衣。当用状态数来认识熵的本质时,我们通过研究发现,理想气体体系的总微观状态数受宏观的体积、温度参数的控制，进而得到体系的总熵等于体积熵与温度熵之和(见有关文章)，用分熵概念考察体系的熵变化，不必设计什么可逆路径,概念直观、计算方便(已被部分专家认可),因而有利于教和学。 【熵计算公式介绍】 1、克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念,其计算公式为:S=Q/T ,(计算熵差时，式中应为Q) 2、波尔兹曼又从微观角度提出熵概念，公式为：S=kln,是微观状态数,通常又把S当着描述混乱成度的量。 3、笔者针对不易理解、使用不便的现状,研究认为与理想气体体系的宏观参量成正比，即：(T)=(T/T)3/2 , (V)=V/V，得到理想气体的体积熵为SV=klnv=klnV,温度熵为ST=klnT=(3/2)klnT ，计算任意过程的熵差公式为S=(3/2)kln(T/T)+kln(V/V),这微观与宏观关系式及分熵公式，具有易于理解、使用方便的特点,有利于教和学,可称为第三代熵公式。 上述三代熵公式，使用的物理量从形式上看具有直观抽象直观的特点，我们认为这不是概念游戏，是对熵概念认识的一次飞跃。 【熵流是什么】 熵流是普里戈津在研究热力学开放系统时首次提出的概念(普里戈津是比利时科学家,因对热力学理论有所发展,获得1977年诺贝尔化学奖)，普氏的熵流概念是指系统与外界交换的物质流及能量流。我们认为这个定义不太精辟，这应从熵的本质来认识它,不错物质流一定是熵的载体，而能量流则不一定，能量可分热能和非热能如电能、机械能、光能(不是热辐射)，当某绝热系统与外界交换非热能(发生可逆变化)时,如通电导线(超导材料)经过绝热系统内，对体系内熵没有影响,准确地说能量流中只有热能流(含热辐射)能引人熵流(对非绝热系统)。对于实际情形,非热能作用于系统发生的多是不可逆过程,会有热效应产生，这时系统出现熵增加，这只能叫(有原因的)熵产生，而不能叫熵流的流入，因能量流不等于熵流，所以不论什么形式的非热能流都不能叫熵流，更不能笼统地把能量流称为熵流。 【熵减应分为绝对熵减和相对熵减两类】 人们过去认识的熵减,其机理是流出系统的熵流大于系统内的熵产生(对开放系统)，习惯上称流入系统的负熵流大于系统内熵产生，从系统内外一并考察总熵变化仍大于零，服从熵增原理，换句话说,此处熵减是以彼处熵增为代价的，故这类熵减应叫相对熵减。而引力在引力方向能拉开温差,把低温区的热量自动地转移到高温区，经计算表明这是熵减！这并不伴随引力的削弱(引力是物质的固有的性质)，也不以任何地方或形式的熵增为代价，所以说这种熵减是绝对熵减，是不服从熵增原理的。 【电冰箱不能实现熵的减少】 克劳修斯把熵增原理表述为：热量不能自动地从低温物体传向高温物体，这给人们一个错觉,外界做功使热量从低温物体传到高温物体，或者说使等温体变成不等温体，就意味着发生熵减。这种认识是偏面的，以绝热房间内放一工作的电冰箱为例,冰箱内温度变低,冰箱外的房间内温度变高,许多人把这外界做功而拉开温差的现象叫做熵减,并解释将发电厂一并考虑在内,总体上仍是熵增。这种看法是错误的，仅就室内的冰箱内外来说,如果考虑了电流的热效应,这个室内的总熵变化只增不减(不信可计算一下)。外界做功不能使绝热系统内的熵减少，不论是电能、机械能等非热能做功(通常不能避免热效应)都不能使绝热系统内的熵减少，所以说，我们认为熵增原理准确的表述应为：在等势面上，绝热系统内的熵永不减少。 【熵减和永动机的关系】 许多人都认为发现了熵减就等于说能制造出第二类永动机,这种看法是一种误解,解释如下：在宇宙中只有星体引力能导致熵减，当星体外部势焓大于内部势焓时, 星体具有向引力中心云集热量的功能，实现了热量自动地从低温区转移到高温区，对于温度比较高的星体，又以辐射的形式向外释放能量，故星体具有永动机的性质,但星体不能人工制造,更无法利用这一原理造出一台机器，从单一热源(大气或水中)吸热获得机械能,所以说存在熵减并不能制造出永动机。假设人工能造出第二类永动机,那一定是熵减过程,熵减和永动机就是这种特殊的关系。 【地热特点及来源】 地下热能储量巨大，相当于全球煤炭储量的1.7亿倍。有人估算，以当今全世界耗能总量计算，即使全部使用地热能,4100万年后才能使地球内部的温度下降 1。地热的特点呈内高外低分布,我们认为(另有论文)它遵循可压缩流体的静力学方程,即势焓(势能+焓)平衡规律，当地内势焓低于地表势焓时,重力具有云集地表低温热能向地心转移的机制,地热是永恒存在的能源。关于地热来源问题，目前人们尚无准确定论,主要有两种解释： 1.地球内部的放射性元素蜕变放热,即原子能； 2.地球在形成初期带来的热量。我们对上述解释的看法是,如果是第一种，有三种情况： 地热温度呈外低内高按一定梯度的分布，那热源必在地心，这不就是原子弹吗？后果不堪设想； 矿物分布通常遵循物以类聚的原则，如果地球内部的放射性元素分布(热源)与地热分布一致？显然这不合情理；地下温泉或岩浆(石头)应该裹挟着很强的放射性物质，实际上没有，所以说地热的主要来源不可能是放射性元素蜕变。如果是第二种，一是体积收缩挤压产生；二是本来是高温体，冷却至今形成热量梯度分布,这种可能性是有的。我们认为也有第三种可能，即地球形成时温度是均匀的而又不是十分高温的物质，从45亿年前至今，重力将地表低温区热能向地心转移，使热量形成梯度分布(中心约5000)，逐步实现势焓平衡。 【人类应如何面对能源贬值的问题】 第二次工业革命以来,人类在疯狂地开采使用矿物能源(尤其是发达国家)，使矿物能源日趋减少,总有一天要枯竭待尽，怎么办呢？人们通常认为有如下对策：从小的方面讲,我们要节约能源,减少