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主题:熵的世界观之一—物理学部分 -- 钛豌豆

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家园 熵的世界观之一—物理学部分

在自然过程的庞大工厂里,熵原理起着经理的作用,因为它规定整个企业的经营方式和方法,而能原理仅仅充当簿记,平衡借方和贷方——REmden

1.从永动机说起

人人都知道永动机是不存在的,但这是为什么呢?大家大概都会回答能量守恒定律.然而有一类永动机并不违反能量守恒定律.比如,若有办法不以任何代价使处于环境温度的水稍微降低一点温度,把所释放出的能量全部拿来作功。,这就是一种永动机,因为它所提供的能量实际是用不完的.我们凭着直觉就知道这是不可能的.但是物理学家不能用直觉来解释世界,所以他们引入了熵这个概念.

物理学家的解释是,能量不仅有数量上的改变,而且有质量上的改变,即能量退降(degradation of energy).能量 和纸币一样是会贬值的. 贬值的纸币不能购买与先前同样的实物,而贬值的能量不能作与先前同样的有用功.上文提到的永动机不能实现,就是因为单一热源提供的能量是贬值的.所谓熵,就是能量贬值的程度.熵值越大,能量贬值越厉害, 能作的有用功越少.能量能作出多大比例的有用功,由它的状态决定(关于熵的一些知识:熵是态函数,即熵值只与物质的状态有关. 熵的定义是热温比,即ds/dt)。

2.太阳的意义。

我们知道太阳对我们意义重大,但究竟有多重大呢?就是说应该怎样量度太阳对我们的意义?如果说用能量来量度,那么就有如下问题:从长期来看,地球的能量收支是平衡的,从太阳接受多少能量,就辐射掉多少;否则地球就会变得越来越热或是越来越冷。那么,让我们想象以下几种情况:太阳给予地球双倍能量,地球同时散发双倍能量以保持平衡;太阳给予地球一半能量,地球同时散发一半能量以保持平衡;太阳表面温度升高1000摄氏度,但给予地球能量不变;太阳表面温度降低1000摄氏度,但给予地球能量不变;这几种情况下,地球的能量总收支都是一样的,那么地球是不是基本保持原状不变呢?不是。实际上,真要这个变法,地球非天翻地覆不可。

因为这几种情况下虽然能量收支大致相等,熵收支却大不一样。熵的定义是热温比,即热量除以温度之熵。设地球吸收太阳辐射的功率是w,太阳表面平均温度为T,地球上层大气平均温度为t;则地球每秒获得的熵就是

W(1/T-1/t)

可以看出,在以上的几种假设中,这个式子的结果是差别很大的。那么,这个差别有何意义呢?意义很大。因为“生命之所以能存在,就在于从环境中不断得到‘负熵’”。而生物得到的负熵归根结底是来自太阳,至少至今为止是。那么,太阳给予地球多少负熵当然事关重大。

写这些文字的原因主要是想印证一下自己的观点,请大家多指教。


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家园 送上第一朵花,正想看看熵的东西

大学里学的工程热力学,老师根本没讲清楚

家园 熵的世界观之二——物种与智慧的出现

有机体是依赖负熵为生的。

——薛定谔

生物以负熵为生,而负熵又是不能凭空创造的。那么生命要延续就必须有个负熵的来源。比如,植物就是从光合作用得到负熵的。而负熵源总是有限的,所以生物迟早会遇到负熵供应的瓶颈。过程可以大致描述如下:①负熵供应绝对充分,生物的繁殖不仅使得物种整体拥有的负熵增加,而且个体间的合作也会使每个个体拥有更充分的负熵。负熵的总量和均量都增加,这是第一阶段。②负熵供应相对充分,生物的繁殖仍会使物种整体拥有的负熵增加,但个体拥有的负熵不再增加。③负熵供应相对不足,生物的繁殖仍会使物种整体拥有的负熵增加,但个体拥有的负熵逐渐减少。④负熵供应绝对不足,原有的负熵源趋于枯竭,不但个体拥有的负熵逐渐减少,物种整体拥有的负熵也在减少。

发展到④阶段时,生物必须解决负熵源的问题。解决途径可以归结为两种:开源和节流。开源即找到新的负熵源,节流即减少维持个体生命所必需的负熵量。一般来说,开源使得生物更复杂,节流使得生物更简单。开源会使生物更复杂,是因为新的负熵源通常要比原来的“门槛更高”。道理很简单:要是它的门槛比原有的还低,生物就应该优先使用它。要从门槛更高的负熵源获得负熵,当然就需要更复杂的身体结构。身体结构的改变到了一定程度,新的物种就出现了。其实,任何两个阶段的过渡都可能出现新的物种,只是③、④阶段可能性更大而已。总之,因为任何负熵源都有其限度,所以任何物种迟早都要经历①-④的过程,也就迟早会出现新物种。

在找到新的负熵源之后,又会重复①-④的过程。在经过一个周期后,又会有一些生物变得更复杂,能够从门槛更高的负熵源获得负熵。新的负熵源之所以门槛更高,是因为要获取它就需要处理更多的信息。如是累积,处理信息的能力强到一定程度,智慧就产生了。负熵源的门槛越来越高,处理信息的器官就越来越复杂,就需要越复杂的外围服务系统。动物的身体负担不了两个这种器官,所以,复杂到一定程度的动物,通常只有一个神经中枢。

家园 熵的世界观之三——历史学部分

人类的历史,也是在反复①-④的周期。在④阶段,如果能找到更多的负熵源,或者开发出新型的负熵源,历史就迈出一步,否则就只能从头再来。与动物不同的是,人类具有智慧,可以开发出前所未有的技术与组织,在不改变身体结构的情况下找到新的负熵源。

历史不仅仅是时间的积累。也不仅仅是国家的兴衰。旧石器时代长达约250万年,新石器时代约5000年,农业时代也有几千年,而工业时代只有最近四百年而已。这种划分方法已经可以说明历史的脚步不是与时间等比例了。否则各历史阶段的时间不会相差如此悬殊。从这种划分就可以看出,历史可以长时间停滞不前。在这个长时间中也有政治斗争和重大事件,但后人不会依那些政治斗争和重大事件来划分历史。比如,黑格尔就认为:中国的历史从本质上看是没有历史的,它只是君主覆灭的一再重复而已。只有具备了新的负熵获取手段,历史才能前进。只有在组织、技术或者道德文化等领域有了本质改变之时,人们才会认为历史进入了新的阶段。

人类一开始的负熵来源是狩猎-采集,之后狩猎-采集生活方式越来越不经济,耕种取而代之。冶金技术的进步使得人类能制造出更沉重更结实的金属犁。新的犁能够开垦旧式犁耕不动的肥沃但又沉重的土壤,但人力不能驱动新的犁,于是有了牛耕。

几千年来,农耕社会不止一次地经历①-④的过程,但却没能找到新的负熵源,所以,历史长期在治乱循环中停滞。如果没有新的负熵获取手段,历史是无法前进的。打破这一循环的是英国。

人类进入工业社会,是因为工业革命。而之所以发生工业革命,是因为英国开始大量使用煤炭。而英国之所以使用煤炭,就是因为进入了④阶段,具体表现为木材危机。后来著名的煤港纽卡斯尔城,在亨利二世时因为木柴告罄导致有人活活冻死。人们不得不使用煤炭御寒。如今我们把煤取代木材看成是一个飞跃,是进步势力的巨大胜利。可当时的人们却不是这样认为。煤在当时受到鄙视,是劣等能源。煤很脏,带来了大量污染。1631年埃德蒙豪斯哀叹道:“人们只能以煤取火,殷实之家亦不例外。”而教皇皮厄斯二世出访苏格兰时,吃惊地发现衣衫褴褛的贫民排在教堂门口“接受教堂施舍的黑色石块,然后心满意足地离去。他们燃烧这些黑色石块,来代替他们国家所缺乏的木材”。其实,只要同时具备了使用煤的可能性和必要性,历史就必然迈出脚步。因为人类总是会为新的负熵源找到用途,就像官僚总是会为新的税收找到用途一样。

之所以历史在且只在有了新的负熵源时迈出脚步,其理由已经包含在第二部分中了。新的负熵源通常需要处理更多的信息才能被利用。而人类的智慧使得人类可以在身体结构基本不变的情况下,发展出新的组织和技术来处理更多的信息。而动物要处理更多的信息往往要改变遗传信息才行,显然速度慢得多。就是说人类更可能在其它动物之前掌握新的负熵源,所以人类才会在竞争中胜出。

负熵源还会通过载体的不同影响历史。负熵源的物质属性不同,对其最有效的利用方法也就不同,也就要求人类使用不同的生产、生活方式去利用它。比如,农业时代的负熵源是农业产品,农业产品具有如下属性:不断地变化流动,从来不会静止而是始终处在生成的过程之中,很难对它们进行精确的测量,更难进行远距输送,有明显的循环周期,各部分有明显差别(比如一株植物的叶片与它的茎或根)。而工业时代的负熵源是矿物燃料,矿物燃料具有如下属性:可以用无差别的数目字来计算,可被一分再分而个体部分仍有着与整体相同的性质(一小片煤屑与一大团煤在结构上几乎毫无差别),容易进行一定量的贮备,容易对它进行数量分析和精确计算。这两种负熵源的区别几乎就是两个时代文化的区别。一个时代的文化与它的负熵源息息相关,农业时代的文化不能移植到工业时代,而工业时代的文化移植到只能以木炭为燃料的社会也之会是悲剧。

可见,负熵源由于其获取方法和物质载体的不同,从根本上塑造了人类社会。正如费尔巴哈所说:你吃下的东西构成了你。不同的负熵源对应不同的社会,改变负熵源就会改变整个社会。我们通常称之为历史的脚步。

在此基础上有两个有趣的推论。第一个是关于普世价值的。人类总有一天会发展出普世价值。因为负熵源的门槛是越来越高的,总有一天会高到必须全人类协作才能利用的地步。那时的价值观理所当然就是普世价值。

第二个是关于历史终结的。历史在且只在有了新的负熵源时迈出脚步。那么,人类找不到新的负熵源时,历史自然就终结了。敏锐的河友可能马上就会发现,这其实就是普世价值的下一个阶段。既然已经用到了必须全人类协作才能利用的负熵源,那门槛更高的负熵源当然就是全人类协作都不能利用的了。再考虑到任何负熵源都是有限的,那时其实离人类的终结也不远了。不过不要紧,按驿路梨花的哥白尼算法,那一天还远得很。再说,毛主席早就说过,人类消亡了也会有更强的物种。。。确实得比人类强,因为它们要从人类的终点之后获取负熵啊。

家园 我的理解就是人类社会的进化取决于能否获得新能源

所谓负熵源实际上就是新能源,用新能源取代快枯竭的能源或者利用效率不高的能源,这在当今的意义非常重大啊,哪个国家能在新能源的开发利用上领先一步的话,在今后的竞争中将处于优势地位,这是中国的机会啊,英国当年就是抓住了矿石能源的机会。井大的<四面楚歌之中国篇 未来世界的新格局>宣传的也是这个观点。

家园 熵这个东西,如楼主所言,是一个量度

人们创造了这个量度,发现用来解释一些物理现象很是有用,于是熵的概念长胜不衰。

但是任何量度必然有其适用的范围,无限制的运用,必然出现偏颇。

温度其实是一个统计量,既曰统计,必然有偏离的可能。

如果完全按照熵增原理,宇宙将终结于热寂。可这一是没有考虑到尺度,以及尺度之间的变化,所谓“一花一世界,一叶一乾坤”;二是没有注意到统计背后的概率可能,既然连黑洞都能进行霍金辐射,熵这个虚无的东西又为何不能在其不断增加的过程中,不断地出现反向的可能呢。

我的观点:脱离的尺度来看熵,意义有限。

家园 熵确实有反向的可能

洛施米特对波尔茨曼的诘难就是这个道理。这种可能确实是存在的,就像一堆灰烬也可能重新烧热锅炉,而一具尸体也可以从地上爬起来再活一次一样。但这种可能性太低对人类没有实际意义。这个可能性等于是说人类什么都不做,石油也会自动增加,污染也会自动消除——只要等上10亿年。显然它对解决目前的问题帮助不大。

至于热寂说,它不是“完全按照熵增原理”的结果。恰恰相反,它是不完全按照熵增原理的结果。热寂说假设全宇宙的熵有一个极大值,增加到那个值一切物质就都达到平衡态了。事实上我们的宇宙不存在那个平衡态,因此熵没有极大值,它会没有止境的增加下去。

熵增加原理的意义在于它决定了第二类永动机不能制造成功,如果人类能够利用偏离熵增加原理的可能性(某处发生熵的逆转而不以周围环境的总熵的增加为代价),那也就意味着人类能制造成功永动机了。那样,现有的文化与制度其实也没有讨论的必要了,都有永动机了,一切稀缺性都不存在了,还在乎什么?那就真是共产主义了。

家园 熵增定律非常重要。

它的背后隐藏着宇宙运行的本质规律。我相信它是将来的物理学大统一定律的一个非常重要的组成部分。

它作用于生命,由此而深刻影响我们(号称万物之灵的智慧生命)的哲学——世界观和方法论。

家园 两种称呼的侧重点不同而已

能量和钞票有个相似点:都会贬值。贬值的钞票不能购买同样多的商品,而贬值的能量不能作同样多的有用功。这是在研究热机的理论效率时发现的。同样结构的热机,在使用不同的热源时,理论上的最高效率就不一样。一些热源的能量“贬值”了,不能作出与未贬值的热源的能量一样多的有用功。熵的概念最早就是为了解决这个问题而提出的。它可以看成是能量贬值的程度,熵值越高,同样多的能量能作出的有用功越少。

用钞票来比喻,能源一词强调的是面额,而负熵源强调的是同样面额的钞票具备的实际购买力。

至于一种能源取代另一种能源,那可不是完全看效率的。效率是有用功/总功。美国农民使用2,790卡能量(包括农机使用,化肥和杀虫剂)才能生产一个270卡的玉米罐头,论效率根本比不了使用牛耕的中国农民。矿物燃料获得优势是因为它功率(有用功/时间)更大,不是因为效率更高。

说句题外话,奥巴马要推行新能源,农业这关不好过。大概很少有人意识到,农业是美国全国耗油量最大的部门。【1995年前后,从实物量上看,农用钢和钢材为700万吨,农用橡胶为19万吨,消耗的电力为400亿度,化肥消耗量为2000万吨,消耗的石油为 8000万吨。】因此,若是农业不使用新能源,推广新能源将无实际意义可言。

但在农业中使用新能源又谈何容易。从全局看,这几乎是铁定赔本的买卖。这要从传统农业和石油农业的区别说起。传统农业是从环境中聚集能量的过程。作物收获时含有的能量,要大于播种时含有的能量与生长过程中消耗的能量之和。这样,整个生产过程才是可持续的。

而石油农业恰好相反,它是一个能量耗散到环境中的过程。想想看,难道作物中的能量比得了在生产过程中消耗的石油吗?若是把包含在农用燃料和化肥中的能以及制造农业机械时耗用的能也算进来的话,至少要比生产出来的作物的能多出五倍。2,790卡能量才能生产一个270卡的玉米罐头啊。如果我们不是按照传统和经济学来划分,而是按照更本质的东西—能量转换来划分,那么石油农业应该被分到工业部门而不是农业部门。从物理学的角度看,在工厂里消耗石油生产工业品和在农场里消耗石油生产农产品没有本质区别。想象一下这样的情景:一个农场首先要划出一块地去收集冶炼钢铁需要的能量;其次要划出一块地去收集把这钢铁变成农机需要的能量;再次要划出一块地去收集驱动农机需要的能量;如果在生产过程中使用了电脑的话,还要再划出一块地去收集从石英石中提炼硅的能量,再再划出一块地去收集制造芯片的能量。。。其实也不会太多,只要拿出土地总面积的10%安装太阳能收集器就差不多了——考虑到为了维护这些太阳能收集器还必需上百万工人的话,这倒不失为促进就业的好方法。

家园 传统农业也是一个耗散结构

固定在农田生态系统中的能量远小于输入的太阳能,这样才形成了一个负熵流,系统才能稳定。任何一个封闭系统要维持都需要源源不断的能量输入,系统越精巧、越复杂,需要输入的能量越多。所以人类社会要发展就需要不断开发新能源,增大能量的输入。农业文明取代了游牧文明就是因为农业民族主要处于第二营养级,比处于第三营养级的游牧民族获得的能量更多;而工业文明取代了农业文明则是因为工业文明大量使用矿石燃料,又增大了能量的输入。

家园 我这里的观点必须修正

传统农业和石油农业的差别是本质上的。传统农业是能量-负熵进入人类社会的开始,而在工业社会中,矿物燃料的开采是能量-负熵进入人类社会的开始,石油农业是一个转换的过程。两者不能简单的类比。这样就更能看清农业社会和工业社会的区别了。

农业社会:能量-负熵来自太阳辐射,经由传统农业(以农产品为载体)进入人类社会,其它行业将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

工业社会:能量-负熵来自矿藏,经由采矿业(以矿物燃料为载体)进入人类社会,其它行业(包括石油农业)将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

用这个模式推测奥巴马的新能源政策,就是:

能量-负熵来自太阳辐射,经由太阳能收集器(以电能的输送和存储装置为载体)进入人类社会,其它行业将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

十大功劳帮我认识到这点,在此表示感谢。

目前的能源问题,套用本嘉明的话说,就是原来有十几斤的大鱼吃,现在大鱼少了,要吃几两重的小鱼了,甚至要像熊猫那样吃植物了。但全社会的消化系统还是为吃大鱼准备的——或者应当说全社会的头脑还停留在吃大鱼的时代。难怪奥巴马要高呼“榛子”了。

天不变,道亦不变。但是天要“榛子”了。【“负熵源=天”的论证如下:民以食为天,而食物来自负熵源,所以负熵源=天。】想想从农业时代变为工业时代有多大变化,就知道推行新能源要带来多大变化了。如果远洋货轮要以太阳能为动力,会给国际贸易带来多大变化?如果海军要以太阳能为动力,会给国际政治带来多大变化?国土面积小到不足以用太阳能来维持现代科技和目前生活水平的国家,是不是当然拥有发展核能的权力?在使用矿物燃料的时代,只要控制几个关键点(沙特,两伊)就能控制能源供应。使用太阳能的话,这样的关键点就改变甚至消失了,这又会带来什么变化?

家园 讨论的基础,并不在于否认熵增原理,

也不是否认自然、人类和人类社会的发展需要负熵源的维持。

这里想说的其实是,把一切都归因于熵,是否有滥用这一概念的倾向?或者说,进入到人类社会这一极度复杂化的系统中,熵除了用于讨论一个模糊的系统输入输出边界外(如地球——太阳,这一我们目前还无法显著改变的系统边界),用于讨论人类社会的可能变化,其实有点无能为力。

熵是系统的态函数,那么负熵源的概念,与系统处理输入的模式密切相关。如一块木材,史前人一烧了之,而如果出现了某种强大的聚变炉,木材原子统统变成铁原子,两种方式的榨取负熵的能力应有很大差距。

因此将熵运用于人类社会,将出现吊诡的一幕:想知道人类社会的熵,那么需要统计众多个体的态,而从计算能力的角度看,实际是不可能的;进一步,也无法知道人类社会榨取负熵的能力。

既然不可知,我们就有充分的信念等待可能的来临。人类其实不需要等待10亿年,等待灰烬重新烧热锅炉;我们采取的是众多个体的试错,以空间换时间,推进我们榨取负熵的能力。

我完全同意你的“历史其实不会终结”的关于历史终结的观点。智能生物很可能一直延续下去,可能与人类的形态相近,也可能与人类的形态差异极大;可能与人类尺度相近,也可能是宇观尺度,也可能是微观尺度。

但是我对你的普世价值的观点,并不太认同。这典型的从单一的假设出发的推论,细推敲起来其实是有问题的。如果需要全人类协作才能榨取的负熵,如果任何个体,或者人类的部分个体都无法复制这种全人类协作的模式的话,全人类事实上体现为单一个体了。这种情况下,连“普世价值”这样的词汇也失去了意义,因为这个时候已经没有“世”,已经没有普罗大众,有的只是“人类”这个单一个体的个体价值观了。在这之前,社会形态也许早就崩溃了。

家园 社会热力学--一篇blog

前一段时间在自己的space上面胡诌的一篇。数理基础很薄弱,书也读的不通透,和一下,大家轻拍。

上学期ta本科生pchem,无奈重拾起当年学得稀里糊涂的Thermodynamics。毕竟教学相长,有一些进益,也产生了一些零碎的思考。虽然是胡思乱想,仍然希望能给予它们一个合乎逻辑的框架。大学之道,自格物致知始,终于国治而天下平,逻辑上层层推进的体系。热力学的规律主宰这物质世界的变化,也最终主导了人类社会。虽然是“民科”,亦不敢忘圣人之言。

首先面临的问题是选择体系。随我们所愿,这个体系可以是一个人,一群人,一个阶层,一块地方,一个国家,甚或全球。理论上讲宇宙中剩下的一切全部归于环境,但这样一来的问题会变的过于庞杂,因此必须定义近似的封闭体系,即只选取与研究体系有明确物质与能量交换的那部分为环境。在必要的时候需作进一步简化,只考虑主要相关。

热力学的第一定律很好理解,能量转换守恒。维持生命需要能量,人类进化到此更生出无数其他需求,早已超出了维持生命的范畴。虽然如此,我们姑且把维持社会运转的所需要的一切资源都当作能量来考虑。在人类没有获得新的能力去扩展自己的活动边界以前,社会资源的总量是一定的,此处多则彼处少,在现代社会人们通过生产和贸易实现资源的转化与交换。

第二定律的熵判据决定了一切变化的自发趋势,从熵的视角来看社会问题很有意思。任何生命都是一个高度有序的复杂体系,只有结构精巧的器官协调运转才能保证最基本的活动,换言之,生命体的熵值越小越好。人类即为宇宙之精华,万物之灵长,概莫能外。我们说一个人身体健康,并不是看他多么强壮,而是指其身体的各部分工作协调,一旦失调便是患病。社会也是如此,一个社会是否良好并在于其占有的多少财富资源,而是看社会秩序是否井然,社会成员是否各安所位各得其所。所以孔子说:不患贫而患不安,不患寡而患不均;孟子讲:天下定于一;墨翟粗暴简单的“尚同”。古代讲大同世界,如今所谓“和谐社会”,这一理想从来都没有改变。可以定义:好的社会就是一个熵值尽可能小的社会。

可是热力学第二定律告诉我们熵总是自发增大的。在人类社会中执行这一趋势是人无穷尽的欲望,解决矛盾的方式无非两种,一种是禁欲,古希腊的伊庇鸠鲁学派,宗教中一些持戒的派别,是为代表,中国传统哲学思想在演化中也倾向于这一途径。从理论上讲似乎没有问题。有人曾做过研究,地球现有的资源完全可以满足六十亿人过上衣食无忧的生活。然而社会是一个混沌体系,由克制欲望达到的平衡是一个非稳态,任何轻微的扰动就会打破平衡使体系坠入纷乱的深渊。可以考察一个小规模的简单模型,100个体拥有足够生活的资源,如果大家都是“好人”,那么相安无事,如果突然有一个人生了歹念,那么势必是这个最先变“坏”的人占有优势,他的基因有更大的机会得到繁衍。自私并不是到人类思维的产物,而是进化中的自然选择。所以美好崇高的道德是一个人自身的修养之本,试图从这个角度根本地解决社会问题便似水中捞月。另一种便是尽可能的使欲望得到满足,现代资本主义将这一方式发挥到了极致。其具体做法就是尽量从外界夺取“能量”对体系做“功”,以减小体系内部的熵。根据第二定律,体系与环境的总熵变仍然是正值,封闭体系的熵总是增加的。可惜人类的能力尚未能延伸到足够远的地方,我们造成的影响就在我们身边。中国需要工业化城市化,大部分人口所在的农村就得忍受不公平的剥削;部分发达国家生活福利节节攀升,而欠发展国家的生存环境每况愈下;人类社会内部取得的成就越来越多,自然环境的压力却越来越大;一部分人想开便宜汽车,另一部分人就有可能在战乱中挣扎。人类设计出了国家,政权,法律,军队用以维持“体系”与“环境”之间的边界。任何一种竞争都可以看作是将自身的熵值转嫁到他人身上的行为。而合作这是两个体系将边界暂时融合的过程。天之道,损有余而补不足,人之道则反之。归根到底其实都是热力学,前者是化学势决定的物质运动,后者是生物降低自身熵值的基本属性被人类能力强化的结果。

人类社会为热力学所支配,总有人会觉得不甘心。科学史上数百年来对永动机的兴趣从未消减过,社会发展史上两类永动机的梦想也是层出不穷。我们把违反第一定律的叫做第一类永动机,其特点是能量不守恒,凭空获得做功的能量。违反第二定律的叫做第二类永动机,希望对体系做功而对环境不留痕迹,一个具体的例子便是设想把海水的温度降低一度,获得能量就够全世界用许多年。宗教是第一类永动机,天国,人间,地狱或者六道轮回,均由不受物理规律控制的神灵或者超自然的力量提供取之不尽的能量。第二类永动机是共产主义。共产主义理想是一个熵值非常小的社会,每一个社会成员都各尽其能,各取所需,天下大同,世界归一。然而要把整个地球的熵值降低则必须存在一个相对的环境,从那里获得能量,同时环境的熵增加,以满足第二定律的要求。这个体系的稳定取决于能否从环境中获得足够多的能量做功,以及环境是否离体系足够“远”,或者环境足够大,使增加的混乱度不至于影响体系。一方面人口增多,人类的欲望也不断增加,体系类的熵值需要更多的功来平复,另一方面人类也不断发展自己的能力去开拓环境。可惜原始社会以降,前者的增长远远超过了后者,因此三代之治不复,夫子久不得梦周公。工业革命似乎让人看到了从征服环境到最终征服自我的希望,于是国际共运风起云涌,最终发现不过是打开了另一个潘多拉魔盒。在此顺带鼓吹一下,我认为下一次技术革命将会由新能源技术来推动。能量事实上是最重要的资源,很多关键的资源其实并不稀缺。只要不惜能源,如淡水、粮食、各种稀有元素材料,理论上都能解决。新能源将推进我们从环境获得“有用功”的能力,同时无论是清洁的电动汽车,还是太阳能,都能将环境熵值增加所产生的影响大大降低。这将是改变整个人类生产生活方式的一场革命。

那么热力学第三定律是什么呢?这句话明确的记录在独立宣言中——“人人生而平等!”也就是说在一切一切的最初,大家都一样,没有任何混乱度,体系的熵为零,就像物理世界中绝对零度熵值为零一样。其实这里的要点并不在“平等”而在“生而”。杰弗逊在起草独立宣言时选取了“created”一词而不是汉语直译的“born”,使得这个初始的授权于不来源于已有高下贤愚之分的人之父母,而是直接受之造物主。这是非常准确的,热力学第三定律认为,绝对零度只能接近无法达到,那么一旦离开理想状态,带上人类的属性,绝对的“平等”也就是痴人说梦了。智商,体力,各种天赋由遗传决定了大半,家庭环境、社会地位等属性也由出生定,所以我们并不平等!“平等”这个问题曾经困扰着我,百思不得其解,最终退而求其次寄希望于“机会平等”。个人禀赋虽无法改变,主观的后天努力却完全由个体自身决定,而社会应该形成一个让每个人能自由选择自发努力自我负责的机制。这个想法使我长期以来感到不安,因为在我深知我所处的世界便是极不平等。一直觉得在某个偏远的山村有一个骑在牛背上的少年,他的聪明才智不逊于我,却没能获得同样的机会,在我一步步踟蹰远行的时候,他却早早地成了潦倒的丈夫一个酗酒打孩子的父亲。我并不认为我的生活的比他高尚,但我深深地为他所没能获得机会而惋惜。而且我明白这个社会在我出生的时候就把我置于剥削者的地位,我的并不幸福的今天也是由许多个这样的不幸换来的。第二定律是不可违背的,如果把我们放在同一条起跑线上,我们必定会竞争有限的资源,提高自己生活“有序”而增加外界的熵值,到头来我们中间仍然有成功者与失败者。这是一个可以接受的残酷现实,因为它和于理性。但先天的不平等必须变革。如果在这些同类中我是更有能力一个,那么我应该报恩,或者说需要赎罪。

理想就在绝对零度之上!

家园 我前段时间也在想熵的社会学意义

人类社会发展史也有两个永动机的故事。宗教是第一类永动机,共产主义是第二类。

家园 很强很威武,我觉得“人类更可能掌握新的负熵”说明了智慧的

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