著名物理學(xué)家薛定諤曾在其著作《生命是什么》里說，“人活著就是在對抗熵增定律，生命以負熵為生?！?/p>

清華大學(xué)科學(xué)史系教授吳國盛也曾表示，如果物理學(xué)只能留一條定律，我會留熵增定律。

就連現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者愛因斯坦也認為“熵增定律”是科學(xué)定律之最。

“熵增”到底是什么奇怪定律，引得無數(shù)科學(xué)家為之著迷？為什么生活中偏偏追求低熵？今天，就和大家淺談一下“熵”。

薛定諤 圖源：維基百科

熵（Entropy）這個概念，是由德國物理學(xué)家克勞修斯于1865年提出，希臘語中意為“內(nèi)在”，即“一個系統(tǒng)內(nèi)在性質(zhì)的改變”，公式中一般記為S。

熵代表了系統(tǒng)的混亂程度，系統(tǒng)越有序，熵值就越??；系統(tǒng)越無序，熵值就越大。

由能量守恒定律我們知道能量的總和是不變的，可能量卻無法百分百地轉(zhuǎn)換，這些損耗的能量就是熵。

熵增定律作為熱力學(xué)第二定律的一種表述形式，認為在一個不受外界影響的孤立系統(tǒng)內(nèi)，能量只能朝著一個方向轉(zhuǎn)化，即從可利用到不可利用，從有效到無效，從有秩序到無秩序。

是不是還是覺得云里霧里？

舉個例子，假設(shè)你的面前放置著一杯冰水和一杯常溫水，你覺得哪個混亂度更高？相信大多數(shù)人會說冰水，但其實水的混亂度更高。我們都知道水和冰都是由水分子構(gòu)成的，不同的是水分子和水分子之間的距離不一樣。

冰具有四面體晶體結(jié)構(gòu)，這個四面體是通過氫鍵形成的，晶體中水分子之間距離小，排列規(guī)律有序。而液體水的形成拆散了大量的氫鍵，使得分子間排列變得無序，故熵變大，混亂度升高。

此外，日常生活中類似的熵增現(xiàn)象也比比皆是。比如，系好的鞋帶會松開，手機會越用越卡，家里鋪得很整齊的床單睡過后會變亂等，這些都是熵增現(xiàn)象。

做家長的人也一定深有感觸，孩子們玩玩具時如果沒有約束，一定會把屋子攪得天翻地覆、無從下腳。當(dāng)我們把一個玩具看作是元素，把所有玩具看作為一個系統(tǒng)時，這個系統(tǒng)從整齊變成了混亂。這時候，要想找到某個心愛的玩具就變得非常困難，因為它可能出現(xiàn)在任何角落。這個場景也蘊含了熵增的原理。

我們也可以通過可能性或概率的方式來考慮熵。比如屋子里有100個可以放置物品的位置，需要擺放20件物品。通過組合，可以算出20件物品放置在100個位置上，其總的放置方法是一個巨大的數(shù)字：

如果將下圖中上半部分的放置方法定義為“整潔”，也就是說圖中20件可以移動的物品都放在了合適的位置，其余放置方法都統(tǒng)稱為“混亂”。那么：

長久地保持這樣的“整潔”幾乎是不可能事件，“混亂”則是必然，所以“整潔”很容易變?yōu)椤盎靵y”，這說明了任何事物都是朝無序以及熵增方向發(fā)展的。

熵增定律進一步認為，宇宙萬物都是從一定的價值與結(jié)構(gòu)開始，然后不可挽回地走向混亂、荒廢。無論在地球上還是宇宙或任何地方建立起任何秩序，都會以周圍環(huán)境更大的秩序混亂作為代價。

就好像我們身處的巨型城市和城市中的摩天大樓，它們造成了能量的過度投入與四處耗散：例如煤炭燃燒的能量并沒有消失，而是經(jīng)過轉(zhuǎn)化隨著二氧化碳和其他氣體一起散發(fā)到了空間中；食品的過度包裝，也是在大量消耗地球能量；塑料、金屬未經(jīng)回收利用，被掩埋到環(huán)境中。

這些都產(chǎn)生了熵或能量的廢棄，因此，低熵農(nóng)業(yè)、低熵工業(yè)、低熵生活、低熵社會等等已經(jīng)成為人類為維系自身生存所必須做的事情。

在默認情況下，我們生活中的每件事都處于高熵狀態(tài)，除非我們傾注更多的精力和注意力。正如水從高處流到低處，電流從高勢能流向低勢能。如果沒有外力做功的情況下，所有的事物都在向著無序和混亂發(fā)展。

所以，當(dāng)熵增定律回歸日常生活中，我們知道自律比懶散痛苦、放棄比堅持輕松，但假如我們不去對抗熵增規(guī)律的話，大至宇宙，小到企業(yè)、團隊，甚至個人的自我管理，都會隨著時間的推移越發(fā)脫離掌控。

撰稿人：

北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院副教授 邢美波

北京市科協(xié)2021-2023年度青年人才托舉工程被托舉人