世界的复杂性与熵理论

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1、第21卷,第1期　　　　　　　　　　　科学技术与辩证法Vol.21No.12004年2月　　　　　　　　　　Science,TechnologyandDialecticsFem.,2004·自然科学中的哲学问题·世界的复杂性与熵理论———兼评《新自然观》一书中的“熵理论与自然观”钱时惕(河北大学,河北保定071002)摘　要:文章立足于世界复杂性观点,从哲学上分析了熵(经泛化)的涵义、熵变的多种形态及规律,给出了一种新的熵理论,指出了这种熵理论的现实意义。同时,批评了《新自然观》一书中“熵理论与自然观

2、”一文之错误:把100多年前从一个极其简单系统(仅有分子无规则热运动的孤立系统)抽象出来的热力学第二定律(或熵增原理),不加论证、随意地应用于包括宇宙在内的各种复杂系统,形成一幅单调衰减,走向死亡的“自然观”。关键词:复杂性;熵;熵理论中图分类号:N031　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-5680(2004)01-0019-06存在着一种固有的衰变趋势”。《新自然观》(,第342页)。一　引言(3)把对熵涵义的泛化理解及对熵的运动或变化规律的童天湘教授、林夏水教授共同主编的《新自然观》(中

3、共认定,即以上两个方面的观点,应用来解释地球、生命、宇宙、中央党校出版社,1998年版)一书,根据现代科学技术的最新社会⋯⋯等现象。成果,探索并论述了马克思主义新的自然观。读后,获益匪在以上三方面内容中,其核心是第二项,即熵增原理。浅,颇受启发。该书由于其在学术上的探索性、开拓性,从而为此,有必要来分析、考察一下熵增原理的确切涵义。得到中国社会科学院学术委员会及有关专家的首肯,这是无1.熵增原理的物理意义可非议的。不过,我以为,该书“熵理论与自然观”一章,在科熵增原理(又称为热力学第二定律)是从热现象

4、的研究学知识上及哲学分析上都存在着问题,与《新自然观》一书力中总结出来的。观察与分析热传导、扩散及功热转换三种基图论述的世界的“复杂性”大相庭径。因此,本文以“世界的本热现象可以得出如下结论:复杂性与熵理论”为题,谈谈自己的看法。不妥之处,还望专在热传导过程中,热总是自发地从高温向低温传递,而家、读者指正。欲使热从低温向高温传递(例如冷冻机),则必须依赖外界作功予以补偿。如图1所示。二　熵增原理的适用范围及其涵义“熵理论与自然观”一文的所谓“熵理论”,概括起来包括三方面之内容:(1)对熵涵义的泛化理解

5、:熵是系统无序性的表征,是“对所研究对象系统自发变化状态的混乱度、衰竭度和迁移度的宏观描述”《新自然观》(,第342页)。(2)对熵的运动或变化规律之认定:熵增原理,即一个孤立系统熵的运动或变化总是增加的(从有序走向无序)“任,图1　热传导过程何事物都处于一种随机的热运动状态,而其内部结构中又都【收稿日期】　2003-05-20【作者简介】　钱时惕(1936-),男,浙江绍兴人,武汉大学物理系毕业;原河北大学自然辩证法研究室主任、教授,现河北大学人环科技产业集团总经理部顾问。研究方向:科学哲学、科技与

6、社会。19　　在扩散现象中,物质总是从密的地方向稀的地方自发扩了;在扩散过程中,物质弥散了,密度分布均匀化了;在功热散,反之则不然;欲使物质从稀的地方向密的地方迁移或集转化过程中,分子运动从有规走向无规,系统的结构(其组元聚,必须依赖外力作用才能实现。如图2所示。的排列)发生了弥散,分子的运动速度,方向均匀化了。这三种过程的一个共同特点,是系统发生了某种(能量、物质、结构)弥散,或者说均匀化。因此,作为热过程不可逆性的共同判据的熵,其意义指的是系统的弥散度或均匀度,即熵大,弥散度大或均匀度大;熵小,弥

7、散度小或均匀度小。生活经验及科学实验告诉我们,在一切自发的热过程中,系统的弥散度或均匀度(或能量、或物质、或结构)都会增大,这个规律称之为熵增原理。2.熵增原理的适用范围图2　扩散过程我们知道,任何物理定律都仅在满足一定条件才能成立,或者说,它们都仅在一定范围适用。例如,牛顿力学定律在功热转换(例如摩擦生热)过程中,机械能W(分子有仅在宏观(L>1026米)、低速(V<

8、能则不可能完全转化为机械能。在热机中,从高温热源取立,将被量子力学、相对论、混沌学所取代。熵增原理是否也出的热量Q1只有一部分能转化为机械能,而另一部分热量有自己的适用范围?它在什么条件下才成立?T2(1)必须是孤立系统Q2将传递给低温热源。热机的最大效率η=1-,其T2为T1物理学给出的证明是“在孤立的场合下:,系统的内能不低温热源,T1为高温热原。如图3所示。变,其熵只是朝着一个方向变化,常增而不减,是为熵增加原[1]理。”根据耗散结构理论“对于一个