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什么是熵增定律,熵增定律定义及法则详解?

现在宇宙论指出,当今这个世界的一切是由能量转化而来的,因此,能量的特质决定着我们这个质量态宇宙。

能量的两大基本特质就是能量守恒定律与熵增定律,基本决定着质量态宇宙的构建法则。

其中的熵增定律,更是核心中的核心,爱因斯坦称他是最高定律,是最不可能被证伪的定律,而这条定律,又被称为生命中最绝望的定律。

为什么熵增定律如此强大,它是如何影响着生命的,为什么又会被称之为最绝望的定律,难道真的最绝望吗?

能量的自发状态

我们看如下图01,球员脚受伤了,救护人员第一时间拿一个冰袋敷上,这可以使得脚上的热量快速转移到冰上,而这种能量的转移,是自发的。

这种转移成立的条件,就是能量一定自发的从高温转移到低温,这就是能量的自发状态

图01

比如一杯热水,放置一段时间后变凉了,热量转移到空气中了。

这就是能量的最基本状态,我们生活中到处都可以看到能量的这种状态。即能量自发状态,永远是从高温向低温流动,这就是熵的最基本定义

由这个定义,引发出我们的熵增定律:孤立势力学系统,熵不减少,除非有外力的作用

也就是上面冰敷的过程,热量自发从高温的脚向低温的冰袋转移,如果要让热量从冰袋向脚转移,除非有外力的作用。

比如我们房间的空调,制冷过程,热量就是从低温的房间向外面高温的空气转移,这种只要是逆能量的自发过程的,就必须有外力做功,空调就是通过压缩机把能量强制从低温的房间压缩到高温的空气。

图02

比如我们烧开水,一壶水放着,不会自动升到100度,必须有外力做功,它才会烧开。烧开后,放在那里,热水又会变凉,也就是能量自发倾向下,永远从高温转移到低温。

结构的自发状态

由于一切物质都是能量转化过来,因此一些物质也具有能量的这个状态,而只要我们说到物质这个词,即表明他是结构,宇宙所有物质都是以夸克,轻子,波色子为基本单元的结构。

我们要考察结构的自发状态,那么我们得先来考察下,结构是如何形成的

图03

上图是一个原子的示意图,由于宇宙是从137亿年前的基本粒子一步一步分化而来的,我们来大概的模拟下,这个分化过程,这是个非常重要的演化过程,有助于我们理解当今所有一切。

我们看图03的中子,他是由2个下夸克和1个上夸克组成的,根据现代宇宙论信息,独立中子无法单独存在,当它单独存在时,他随即衰败成1个质子和1个电子。

也就是中子的这个结构,它作为一个结构体,在能量熵增定律的规定下,他无法单独存在,只要单独存在,他就会分化成质子和电子。

分化后,它随即与质子形成原子核,形成原子核后,中子才能存在,而此时,它是存在原子核里面,它必须通过与质子形成一个更高级的结构,它才能存在。

而原子核也无法单独存在,他必须与电子形成原子,才能存在。也就是原子核只能存在原子里面,以原子作用载体,才能存在。

这就是我们的原子。

由于只要有独立中子,它就会分化,于是他不断分化,演化出92种天然元素。

比如从最开始中子分化出1个质子与1个电子,于是形成我们化学元素周期表的氢,

然后再分化,2个中子和2个质子及2个电子形成氦然后再分化,3个中子和3个质子及3个电子形成锂。然后再分化,4个中子和4个质子及4个电子形成铍。然后再分化,5个中子和5个质子及5个电子形成硼。然后再分化,6个中子和6个质子及6个电子形成碳。一直这样分化出92种天然元素,本质都是由中子不断衰变,然后与新的结构联合,从而演化出所有天然元素。

这个模型,是我们后续所有结构的演化模型:

每一个结构都无法一直圆满存在,因为能量的熵增定律规定着无法存在时,结构必须联合其他结构,演化成新的结构,以新的结构为载体才能存在。新的结构在熵增定律的继续作用下,随着能量耗散到一定程度时又无法存在,于是又得联合其他结构,再次形成更进一步的结构,以更进一步的结构为载体,才能存在。宇宙137亿年,在熵增定律的规定下,结构叠加结构,最终演化出我们目前这个宇宙。

因此,结构之所以会存在,因为熵增定律的规定,也就是因为能量的衰变,即使是最开始的那个非结构体,如奇点,它也衰变出夸克,轻子,波色子,随后任何个体或结构,当能量衰变到一定程度,它当即无法单独存在,此时它就必须进入结构体里面才能存在,它就必须进化。

这个演化的进程,就构成我们的时间,因此时间是万物的第一属性。

本质就是因为能量从137亿年前的能量最高点,一直衰变到我们今天,而且还在一直衰变下去,最终达到我们的大寂静,也就是热寂状态,即能量不再流动,达到平衡态,这是人类逻辑推演的最高点。

在能量单向流动的规定下,所有结构呈现出从简单到复杂的过程,从最开始的夸克一直演化到我们今天,我们今天的社会就是这个不断结构化进程的最高结构体。

社会这个结构体,包含所有前行的结构,所有前行的结构体都以社会为载体才能存在着。

在这条从最简单的结构到最复杂的结构的演化过程中,所表达出来的现象就是能力的递增,为什么能力需要递增,因为必须从外界获得越来越多的能量,这个越来越复杂的结构才能存在。

结构是反熵增的过程

因此,结构之所以会出现,因为熵增定律。结构之所以会一直不断分化与再结构化,不断从简单变复杂,也是因为熵增定律

能量或许一开始可以满足某个结构A的存在,但在熵增定律规定下,能量一直在耗散,当能量耗散到一定程度时,结构A的能力不足以抓取足够的能量来满足他的最低需求时,此时结构A就必须进化到一个更高级的结构B,比如联合另外一个A,即2个A形成一个更高级的B。

结构B此时能力比A大了,因此,能在竞争中获取足够的能力来维持B的结构,但外界能量永远是耗散的,衰变到一定程度,竞争又恶劣化了,一方面其他结构也进化了,一方面外界能量不足了,于是B的能力又不足以获取到足够的能量了,B此时又得联合其他结构,继续进化。

就这样,一直循环下去,137亿年,从能量奇点爆发出三种基本粒子,三种基本粒子分化出92种天然元素,92种天然元素分化出上千种分子物质,上千种分子物质分化出数十亿种物种,然后到目前我们这个人类社会的最高结构体。

什么是熵增定律,熵增定律定义及法则详解?

这就是万物一系演化的路径的大概模型。

一切的规定者,就是能量的熵增定律,而结构在熵增定律的规定下,呈现出反熵增的过程,它即是熵增定律的产物,也是反熵增的产物,它不这样做,就不能存在。

因此,我们说万物都在求存,这是万物演化的唯一目的。

自然界的自发倾向

我们上面从能量的自发倾向考察到结构的自发倾向,由于万物是一系演化的,因此,在能量特质的影响下,结构也呈现出越来越复杂,能力越来越强的过程。

既然一切都是能量转化态,那么熵增定律即适合一些事物,我们把它扩展到自然界的事件上。

我们看如下这张图,两个气室A和B,中间是4个气体分子。把A气室的隔离层打开,最终B气室中的4个气体分子在B中的分布,主要会是什么样的?

一开始,4个气体分子都主要分布在左边,随着时间的推移,这4个气体分子会均匀分布在B中。

这就好比将一滴墨水滴入一杯清水中,墨会不断扩散开,最后均匀充满整杯水。如果我们拿一个录影机把这个过程录下去,然后倒着看影片,我们就可以看到墨水从扩散状态向一滴墨集中。这个一滴墨水的概率是最小的概率,而那个扩散到最均匀状态的概率是最大的概率。

这就是熵增的另外一个含义,表达自然界概率事件的含义:自然界的自发状态总是从小概率事件向大概率事件转移。

因此,上面墨水滴入清水中,最小的概率就是墨水集中成一滴,最大的概率就是墨水均匀分布在整杯水中,假如这滴墨水中有1万个粒子,这1万个粒子进入水中,集中在一起的状态就是最小概率。而它们分散开的状态可以有无数种。

比如我们抛4枚硬币,正面用1代表,反面用0代表。

那么结果如上表,第一列为正面向上的次数,第二列为该正面次数向上时对应状态有多少种,最后是对应的概率。

抛4枚硬币对应的状态

我们把0,0,0,0假设为一种状态。其他状态根据这个计

比如,正面0次时,即0,0,0,0这个状态只有一种,概率是1/16。正面1个时,即0,0,0,0这个状态任何1个位置为1的,有4种可能,概率是4/16。正面2个时,即0,0,0,0这个状态任何2个位置为1的,概率是6/16。正面3个时,即0,0,0,0这个状态任何3个位置为1的,有4种可能,概率是4/16。正面4个时,即1,1,1,1这个状态只有一种,概率是1/16。

把它转化成柱形图,如下:

什么是熵增定律,熵增定律定义及法则详解?

在每一次抛这4枚硬币的事件中,全部为0或者全部为1的概率最小,中间均分的概率最大。也就是2:2的概率最大。

把我们把硬币的数量不断增加时,出现的结果图如下:

这就是自然界的自发倾向,它总是倾向于从概率小的宏观态向概率大的宏观态过渡。

比如人这个高度有序化的结构,它是极小的概率,它的大概率状态是趋向无序化。

比如我们的房间,它的最整齐状态是小概率事件,而房间混乱可以有无数种状态,是大概率事件,因此,房间总是倾向于混乱化,除非有外力作用。

比如我们社会,他的小概率状态就是他最有序的状态,如果社会所有人都不需要维持结构,国家养所有人,则社会会乱成一团,因为每个人,每天上下班只有一种状态,如果他不用上班,他可以有无数种状态。

我们可以一直列举下去,结论都是一样,即自然界的总是倾向于从小概率的宏观态向大概率的宏观态转移。

其根本规定性,就是能量的熵增定律。

人类社会是反熵增最高的结构

我们从上面的演化进程可以看出,结构越来越复杂的过程,也是能量越来越耗散的过程,正是因为能量越来越耗散,结构才必须越来越强大,这表达为在演化轴上随着能量的耗散结构变得越来越复杂的结构。

能量的单向度耗散,我们表达为存在度单向度下降。结构越来越复杂,我们表达为物种的进化及能力的提升。

如下图,存在度单向下降,即存在效价不断递减时,万物的属性及结构都不断递增。

其中这里的根本,就是熵增定律的影响,能量从137亿年的最高点,不断单向衰变的这个特性,就是万物存在效价递减的根本。

万物就是被这个熵增定律给规定着的,表达为结构与能力的万物,随着存在度的下降,下降到达一定的程度时,万物如果不进化,则该物种会被淘汰,只有那些进化了的,能力变强了的,获得足够能力的物种,才能存活下来。

因此,从137亿年前存在度下降到今天,万物也从基本粒子不断分化进化结构化,最终演化出我们今天的人类,目前的最高结构体,就是我们的人类社会。

人类社会就是万物存在度下降到终未阶段,结构属性反比递增到最高状态的载体存在形式,今天所有人都必须通过社会这个结构体才能生存,每一个里面的载体,都必须在里面参与分工与合作,然后通过社会共同体来分配能量,才能有效获取能量。

每一个个体,在当下的生存形势,已经无法单独存在。都必须依靠社会这个最高结构体才能存在。

我们体内的所有前存的存在体,也都必须靠我们人类存在,即最终都必须依靠社会共同体这个最高结构体而存在。

存在度是指数下降的

当万物演化至目前这个最高社会结构体时,意味着我们的存在度已经下降到一个极低的水平,这就是为什么,我们当下的生存形势,已经表达极为恶劣的状态,我们每一个人,不得不依靠社会这个共同体才能有效获取能量,比如,我们不得不进入社会参与社会分工与合作,仅有如此的高效率,才能应对当下获取能量的困境。

如下图的抛物线,随着演化分化时间的推进,存在度效价是指数下降的,这表达为我们的生存形势恶化得越来越快了。

比如我们在丛林中当猴子当了300-400万年,当现代智人十几万年,农业文明1万年,工商业文明200-300年,今天信息文明100年还不到,目前我们的到了迫切需要进入下一个时代的时候了,比如人工智能时代或者机器人时代。

这就是能量熵增定律的强大之处,所有的一切都是在它的规定下演化的,生命所表达出来的进化,也是在它的驱动下,不得不进化的过程。

根据现代宇宙论,从137亿年前的能量奇点,也就是能量最高点,然后能量一路衰变,如果我们把能量的衰变推演到极点,最终宇宙会达到能量的最低点,到那时,能量不再流动,达到了宇宙大寂静的结局,也就是所谓的热寂。

那么,到那时,任何结构将无法再获得能量,这就是为什么会把熵增定律称为生命中最绝望的定律,这条定律是如此的普遍以至于爱因斯坦称它是所有科学定律之最,称它是最不可能被证伪的定律。

于是,我们不禁有这样一个疑问:难道最终的终局是一切都将无法存在吗?

熵增定律,在目前的信息量的情况下,是公认的一条最不可能被证伪的定律。不过即使如此,我们也不会就此下定结论说它就是真理,因为这个世界是一个增量的世界,新信息量不断在出现,随时都有可能出来一个新的信息量,使得一个原先的逻辑自恰模型破溃,这就是为什么当今,任何理论都不是真理,任何理论都只是暂时的正确。

因此,我们不会把熵增定律称为真理。

但熵增定律,依旧是目前人类的第一大难题。

其中最大的难题,就是原本一切的结构均是因为当能量衰变到不足是地,结构才进化的,在结构尚且有能力获取足够能量时,结构不进化。

这就导出万物进化的一条基本原则:最小作用量原理。

过度反熵增

由于结构都需要从外界获取能量来维持结构,结构一提升,那么就需要更多的能量来维持提升后的结构,也就是一旦进化,维持生存的代价就变大,因此,万物求存进化,首先遵守最小作用量原理。

这是反熵增的第一原则,既然能量都是耗散的,不足的,而我们又需要能量来维持结构,那么第一个首要原则,就是保持结构不需要消耗太多能量,万物都是遵守这条原理的。

而我们人类主宰这个地球后,在反熵增这条道路上越跑越快,这不是一个好事,生命结构本身就无法圆满存在,本身就需要时刻从外界获取能量来维持,而我们在获取生存优势后,不但把本性给遮蔽掉了,还不断过度的提升能力,提升结构,提升人口数量,这直接导致我们目前不得不越跑越快,这也是为什么,我们当下所面临的生存形势正在指数级恶化。

生命本身就需要反熵增,但过度的反熵增,反而使得我们进入一个恶性的循环。

对于每一个有限的人来说,我们似乎只是跟着本能做事,这就是问题所在,自然界万物原本都是生存在一种生态平衡里面的,即所有的物种都是有天敌的,要么种间,要么种内。

当资源不足时,物种的数量就会被资源限制。这是数几十亿年来,这个地球可以安然存在的原因。

今天人类面临资源不足时,第一时间就是调动能力,更进一步开发这个地球,获得新的大量的能源时,就大量的繁殖人口,过度的消耗,农业文明我们尚且有1万年,工商业文明300年,而目前的信息文明100年不到,我们当下已经到了不得不用核能,不得不进入下一个文明的紧迫形势了。

这不是一个良好趋势,这种加速的反熵增给我们带来种种的问题,资源过度消耗,生态过渡破坏,气候异常,环境恶劣,而且这个恶化的生存形势还在加速度,这将导出一个可怕的未来。

如果熵增定律最终无法被证伪,也就是说他成立,那么从这个定律逻辑出发,可以推导我们的结局,这个结局虽然可怕,但按照正常进程,按照万物演化进程及万物演化原则,达到这个结局所需要的时间远超人类寿命的量级,要知道当今地球的现代智人,也不过存在十几万年。

然而,最为可怕的是,我们在加速这个进程,生命原本就靠反熵增而生存,然而人类却在加速反熵增的过程,人类未来所要面临的,不是来自自然界,而是来自于自身,我们正在不断的糟蹋这个地球,过度开发这个地球,而且这个开发的速度还在加快,这将会导出一个可怕的未来。

这也就是为什么,当代最伟大的科学家之一,霍金说:“地球将在200年内毁灭,建议移民外星球”。如果说霍金是悲观主义,不如说他在向人类敲响警钟。

汇总

本篇的核心,关键不是讨论生死问题,我们更多的是要理解为什么我们越发展,生存危机越严重的局面​。这个现象非常简单及普遍,比如我们看一个人,如果他过渡消耗,过度折腾,那么他的生活压力将会极大,我们每一个个体的本性里面,都是有保守倾向存在的,​就是这个定律的结果。

为什么我们社会表达为分工合作的体系,其本质也是为了提升效率,抵制熵增现象,我们无处不在跟这个熵增定律作斗争​。

但是,人类这个物种,作为一个整体,缺失了限制,缺失的竞争,表达出了过度的贪婪与无节制,这是人类目前面临种种危险的直接原因。

正如任何一个物种的本性一样,非得等到资源不足的限制后,才懂得节制,只是当下的人类​,所面临的局面已经不是那么简单了!

人类是有必要反思的,起码有必要搞清楚,我们的大体出路在哪,在还没搞清楚前,其中一个最有效的做法,就是放缓节奏,保护好这个地球,这至少是一个大的正确方向。​

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