• 东上网
  • 东上网

彩世界平台总代官网 - 华为的活力之源“熵减”中的熵是什么?

2020-01-11 14:19:33 阅读量:2814

彩世界平台总代官网 - 华为的活力之源“熵减”中的熵是什么?

彩世界平台总代官网, 文 | 陈思进

我在前面三篇文章中,简单地介绍了弦理论。有读者给我留言,能否再用更简洁的语言谈一下m理论?事实上,m理论把所谓“膜”的面,纳入了物理学世界的灵魂,已经超越可以科普的范畴。在此借用《纽约时报》的一段话,尽可能以最简单的语言,向普通读者解释这一理论:

“在那遥远遥远的过去,宇宙的燃烧过程,以一对又平又空的膜开始,它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里……两张膜构成了第5维的壁,它们很可能是在更遥远的过去,作为一个量子涨落而产生于无,然后又飘散了……”

现代物理中的许多概念已经达到这样一种高度,既无法与之争辩,更无法理解,正如著名物理学家保罗·戴维斯在《自然》杂志里的描述:“不是科学家,就不可能区分出某种说法是一种合理的古怪,还是彻头彻尾的疯言疯语。”

而我在第三篇《超弦理论能成为万有理论吗?(下)》(《科普时报》2019年07月05日第3版) 一文中,提及了霍金认为黑洞并不是完全“黑”的,而是会向外辐射能量。所以,黑洞必须有熵。

什么是熵呢?这倒是一个相对m理论而言,比较容易理解的问题。正巧我留意到,这一年多来华为的领头人任正非,也经常提到“熵”这个词。据统计,他在华为的一份内部文件中,“熵”字出现的频率多达20多次,并明确指出,“华为的活力之源‘熵减’”,人称“华为之熵”。

我来简单地介绍一下什么是“熵”吧。

我们对于宇宙运作的方式都习以为常,事件以一定的顺序发生,彼此之间有因果关系,不管是生物还是非生物,都同样遵守着牛顿力学、量子力学和相对论。不过,除了这些还有另一种自然现象,也同样深刻地影响着宇宙万物的命运,比如我们有能力建造复杂宏伟的建筑;但是,我们所创造的一切,都注定要渐渐地腐朽崩坏,生命体也会随着时间慢慢的衰老。

一个家庭主妇在准备美味的早餐时,一不小心,把一杯牛奶打翻在地,杯子摔成了碎片,这场景我们可能都碰见过。主妇让丈夫来收拾这场“不幸的灾难”,丈夫只顾埋头玩手机,于是主妇只能一边唠叨,一边清理……

为什么会发生这种不幸呢?其实这并不只是因为大意。为什么这个过程不会反过来进行呢?为什么玻璃碎片不会再自动粘起来,牛奶自动流回杯子里去,再变回完好如初的那杯牛奶呢?

根据力学法则,从理论上来说这是可能的。不过,经验告诉我们,这从未发生过。事实上,有史以来,所有的玻璃杯,最终的宿命都将裂成碎片,不管是在你家的厨房地板上,还是在垃圾箱里。倒垃圾时,上海大妈可能要问一下“侬今天是撒拉希?”(“你今天是什么垃圾?”)……

宇宙万物就是这样运作的,而这一切都是因为熵。

对于什么是熵,存在着许多不同的定义,最主要的简洁说法,它是一种对于混乱的度量,是指能用几种方法来重新排列一个系统里的元素。

熵的概念,是1865年由德国物理学家克劳修斯提出的。1923年,德国科学家、量子力学的创始人普朗克,来中国讲学用到entropy这个词,胡刚复教授翻译时灵机一动,把“商”字加火旁来意译“entropy”这个字,创造了“熵”字,因为熵是q(热量)除以t(温度)的商数。

简单来说,熵是热力学第二定律的概念,是用来度量体系的混乱程度。1824年,法国物理学家卡诺在思考蒸汽机工作原理时,首次提出了这一定律。直到今天,热力学第二定律仍然巍然屹立,并升华成为一个不可改变的事实。无论你多么努力,都无法摆脱它那无可动摇的结论:在孤立系统中,熵永远不会减少。

假设你去看潘晓婷的桌球比赛,通常在比赛开始的时候,球台每颗球会以很整齐的阵型摆放。此时,系统的熵最低。但随着比赛的开始,球便会四散各处,桌球台上的混乱程度渐渐增加,每颗球的位置也会有更多不同的变数。这时我们可以说,桌球台上的熵增加了。

那么上述情况是否有反过来的可能:只用一杆就把桌上的那些球,恢复到比赛开始的阵型呢?让我们去酒吧(北美好些酒吧里可以玩桌球)试试看吧,哪怕连续玩一整天、一整年、甚至一辈子,把钱花完直到想剁手都不可能。事实上,即使潘晓婷也都做不到!不过,从技术上来分析,这还是有可能的,但是,其概率微乎其微,至少在我们的有生之年不可能亲眼目睹,也就是说,概率几乎为零!

因为熵会随着时间自然增加,这也就是热力学第二定律的真谛。热力学第二定律告诉我们,一个孤立系统的熵,作为时间函数不可能减少(这是专业的说法)。所以,随着时间的流逝,熵要么维持不变,不然就是增加。

生物就是一个绝佳的例子。生命体是一个非常有规律,而且熵很低的系统。不过,在我们这个星球上,生命却随时随处可见,即使在最混乱不堪的环境之中。然而,维护生命体内的秩序是有代价的,需要很多很多的能量,才能把熵“压”下来。就植物而言,这些能量大多来自太阳——热能不断地散发到太空之中,把整个太阳系的熵提高。

一杯热咖啡的熵,比冷咖啡的熵要高,因为热水的分子比冷水的分子更好动,所以分子运动比较混乱;冰的熵则更低更少,因为水分子都被禁锢在固定的结构之中了。

我们知道,热咖啡会随着时间流逝而冷却(热咖啡很好喝,不过要小心烫哦),当咖啡变冷了,它的熵也就变小了。然而一杯咖啡并不处于一个孤立的系统之中,表面上,杯内的熵随着咖啡的温度从热到冷而变小的同时,不断地把热能释放在空气中,这样就把整个周遭环境的熵提高了。

毛姆在《人生的枷锁》中有一句名言:“打翻了牛奶,哭也没用,因为宇宙间的一切力量都在处心积虑要把牛奶打翻”,恰好点出了熵的精髓:打翻的牛奶回不到杯子里,破了的杯子也无法复原,水往低处流,时间过去不会重来,人死不能复生……

让我们再以剪头发为例吧。理发师为你修剪头发,那是一个把混乱变为秩序的过程。虽然你头上和脸上的熵减少了,但根据热力学第二定律,整体系统的熵必定上升:理发师要消耗热量才能动剪刀,要烧石化燃料才能提供电动剃刀所需的电,剪下来的头发混乱地散落在地,把它们扫起来需要使用更多的能量。

为什么宇宙要不断地更失序?而秩序注定越来越稀少呢?

其实,这个结果并不由基本的物理定律推导出来的,而只是统计概率的问题:高熵状态的可能数量远胜于低熵状态。

目前,强有力的证据指出宇宙起源于宇宙大爆炸,大爆炸那一刻的熵是最低的,而之后宇宙的熵便不断地增加,我们没有理由相信它会开始减少。由于混乱状态的可能数量远胜于秩序状态,宇宙必将朝向混乱状态演化,纯粹只是概率的问题。熵从宇宙大爆炸开始就不停地增加,尽管我们努力地维持生命中的秩序,却仍然被热力学第二定律所束缚,逐渐增加的混乱和宇宙的衰老是无法避免的命运!

不过,你可以这样想:如果秩序状态是如此难得,我们还在地球上就是一个奇迹了,应该心存感激。如果情况有时候失去控制,那也不过是宇宙必然的法则而已。

通俗简单的说,你可以把“熵”理解为“混乱的程度”。比如说整洁的房间,一个星期没有收拾过,变得混乱不堪,那么你就可以说这个房间的“熵”增大了;如果你把房间重新收拾整齐,那么“熵”就相对地减小了。

写到这儿,我有点儿饿了,吃块饼干吧。就在我一口一口把饼干吃到肚子里,舌尖感到“热力学的美味”的同时,我手上这块饼干的熵正在不断地增加,而它们的能量维持着我身体的熵,正好对应了本文的题目。对于我来说,此时,我身体的“熵减”之活力之源就是饼干,要是再配上一些牛奶就更好了……

生命就是个逆熵增的梦想过程,需要额外的能量输入(额外能量即是生命的动力)以企图延缓熵增。即便如此,任何的生命个体乃至族群最终都敌不过自然法则,即敌不过熵增。生命仅仅是短暂的对抗熵增,为此还不得不裹挟系统以外的能源,例如食物。一旦能源断了,生命也就只能加快熵增,进而化为尘粒。因此,任何生命(包括人类和动植物)都在为逆熵增(求能源以求生)而竞争,不时地合作也只是为了更优化其竞争力。

回到上篇开头时提到的,霍金认为黑洞并不是完全“黑”的,而是向外辐射能量,所以,黑洞必须有熵。这源自1970年霍金和彭罗斯共同合作的一篇论文,他们认为宇宙大爆炸开始于一个奇点,并且在大爆炸初期还会形成一些质量很小的黑洞。

霍金还提及黑洞的表面积只能随着时间增大,不能随时间减少,这就是“面积定理”,是通过微分几何严格证明的。它阻止了一件事,就是两个黑洞可以合并成一个,但是一个黑洞不能分裂成两个,因为那将使表面积减少。这“面积定理”是不是很耳熟呢?这不正是我这两篇文章一直讨论的——熵只能增不能减吗?而熵增定律,孤立系统中熵也是只能增加不能减少。

1973年的某一天,以色列裔美国理论物理学家雅各布·贝肯斯坦(jacob bekenstein)看到了霍金的“面积定律”,脱口而出:“这不就是熵吗?”他提出假设,如果我们想到全宇宙的熵仍然是增加的,那就得在黑洞中体现出熵来,既然黑洞面积也是只增不减,那么黑洞的表面积会不会就是黑洞的熵呢?

最初,霍金认为贝肯斯坦歪曲了他的原意。面积就是面积,怎么会是熵呢?如果黑洞具有熵,那再根据热力学第三定律,黑洞就应该有温度,有温度就应该有热辐射,但这和当时人们理解的黑洞完全不同了。

不过,霍金经过冷静地思考之后自问,如果黑洞真的有温度呢?

霍金研究了两年,最终提出了他最重要的贡献——霍金辐射:黑洞确实有温度,并且存在热辐射。但随之而来的问题是,如果黑洞存在热辐射,黑洞就很有可能完全蒸发掉,那曾经被黑洞吸进去的所有物质的信息是否消失了呢?从而引发了一系列的信息是否守恒的大战(将另文详谈)。

写到此,忽然联想到我混迹多年的华尔街,就金融市场整体而言,正如电影《华尔街》里戈登先生所描述的:“这是个总和为零的游戏。一些人赢,一些人输。钱本身不会变多或变少,只不过从这个人的手里,转到了另一人的手里。”(it's a zero sum game, somebody wins, and somebody loses. money itself isn't lost or made; it's simply transferred from one perception to another.)更准确地说,投机炒股不仅只是向庄家倾斜的零和游戏而已,还不断地制造了一个又一个“虚拟经济”泡沫,虚耗了大量的社会资源,正是热力学上有损无益的“熵增”现象。

犹如任正非所发现的那样,自然科学与社会科学有着同样的规律。对于企业而言,企业发展的自然法则,也是熵的由低到高,逐步走向混乱并失去发展动力。因而,他在考虑企业管理时,会把熵增作为一个重要视角,时刻为华为敲响警钟!

【陈思进作品】(关注我的专栏和圈子,学习更多)

0、在今日头条中独家推出《带你领略你未曾经历过的北美世界》专栏:

1、《看懂财经新闻的第一本书(全新修订版)》新鲜出炉:http://product.dangdang.com/27907529.html

2、请点击下面的卡片“进入圈子”,通过这个圈子,你不仅可以获得规避风险的有力指导,还能增长投资智慧,早日走上财务自由之路。

澉浦新闻



随机推荐

热门推荐

Copyright (c) 2013-2015 lablore.com 东上网 版权所有