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熵的推广及相关猜想 关键字： 熵 衰老 宇宙 写在前面：在张老师刚布置小论文时，我的第一个想法就是写一篇关于熵的论文，但后来张老师在最后一节热学课时讲了熵概念的推广和耗散结构的内容，所以我便打消了这个念头。最近几天我又了解了有关熵的新观点，充实以后，感觉还是有话可说的。一有关熵。 熵的概念首先由克劳修斯与波尔兹曼提出，用于表示系统无序性的大小，或能量在空间分布的均匀程度。熵概念提出后经过多年发展，现在已经被广泛引用到生物学，心理学，信息学等很多领域，比如信息之父C.E.Shannon 提出了信息上的概念。本文将重点介绍熵与机体衰老的问题，并对熵与宇宙的关系提供一些看法。 二熵与机体衰老。有关机体衰老向来存在诸多假说，如“端粒”假说，“复制途径”假说等，现在引入熵的概念分析如下。在整个系统中，局部的有序是可能的，但这必须以系统中其他部分的无序性增加为代价。所以人要生存就必须保证自身高度的无序性，就要不断从外界获取“负熵”，这就导致了生物之间的竞争。可以这样说，生命就像是一个制造熵的机器，他的有序造成了环境更大的无序，与此同时，环境内其他的生物也就遭受着人类释放的熵的攻击。所以说，在个体出现、发展直至衰老死亡的过程中，熵就像一只无形的大手，暗中操纵着这一切。其实我们可以想象，当一个人快死之时，他体内的原子已经没有一个是他刚出生时的了，而控制由生到死的这个质变的过程的便是熵。三熵与宇宙熵的提出曾引出颇具争议的“热寂”说。“热寂”说是19 世纪中期英国物理学家开尔文和德国物理学家克劳修斯根据热力学第二定律所作的宇宙学推论。该理论认为，整个宇宙是朝着单一的方向变化的，宇宙中一切机械的、物理的、化学的、电磁的、生命的等等各种能量，最终将全部转化为热能。而热又总是自发地从高温部分流向低温部分，直至到达温度处处相等的热平衡状态为止。按照克劳修斯的说法，“宇宙的熵趋向于极大。宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，进一步变化的能力就越小；如果最后完全达到了这个状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态”。 “热寂”说是热力学第二定律的宇宙学推论，这一推论是否正确，引起了科学界和哲学界一百多年持续不断的争论。恩格斯曾在一系列的著作中，站在辨证唯物主义的立场上批判了“热寂论”。“热寂论”的错误在于把热力学的结果不合理地外推到整个宇宙。热力学第二定律的坚实基础是建筑在有限的空间和时间中所获得的经验上，把它用于无限的宇宙显然是不合适的。然而，如果仅从哲学角度去分析似乎总有些差强人意。其实，我们应该从宇宙中是否存在热平衡态这一根本性问题着手去解决宇宙“热寂”疑难。大爆炸理论直接证明了宇宙在膨胀，而宇宙在膨胀则是热力学和宇宙学相容的关键，那么在一个膨胀的宇宙中是否存在着热平衡态呢？要回答这一问题，还得从宇宙膨胀的原因说起。宇宙膨胀的原因是由于引力的作用。在不考虑引力的经典热力学中，加热则体系升温，冷却则体系降温，热容量是正值。而在一个自引力体系中情况刚好相反，加热则体系变冷，放热则体系升温，热容量是负值。在一个体系中，如果同时存在着正热容物体和负热容物体，那么这个体系就具有极大的不稳定性。稍有扰动，平衡就会彻底遭到破坏而产生温差。只要有自引力体系存在，原则上就不存在稳定的热平衡，而宇宙间的天体或天体系统大多数正是这种自引力系统。尽管自引力系统中熵是增加的，但由于没有热平衡，熵的增加是无止境的，永远都没有极大值，因而宇宙就永远不可能达到“热寂”状态。所以，依据现在所掌握的资料来看，“热寂”说是不足取的。但我想我们还需要进一步的证据来证明。四相关猜想。由以上的讨论可知，各种“有序”都并不好达到。对此，我们也能进行一些推测。比如，针对当前欧美文化极度流行的状况，许多人认为，一些弱势文化在与主流文化交融时必然会被同化。但由熵的概念入手，我们便会得出让文化达到高度的有序（同化）几乎是不可能的。再比如，我们不断的研究物质的结构，逐步深入到夸克以下的量级去思考问题，但我们有没有想过，或许我们的整个宇宙只是另一个未知世界里的一种“基本粒子（或许不应这样称呼）”？假设这是正确的，那么我们的“宇宙大爆炸“必然会导致未知世界里的”熵“的改变，并且，在未知世界里是否还能够引入熵概念又是不能确定的。这