熵与热力学重要模型

熵的概念

什么是熵?

熵(shāng)是热力学中表征物质状态的参量之一,用符号 S 表示,其物理意义是体系混乱程度的度量。简单来说,熵越大,系统越混乱;熵越小,系统越有序。

数学理解

假设有两个容器,一个装着热水,一个装着冰块。哪个容器里的分子更活跃?显然是热水,因为热水的分子排列松散、动能更大,而冰块的分子排列紧密、动能较弱。

如果把分子排列情况简化,假设每个容器只有四个分子:

  • 热水分子的可能排列方式有 N 种
  • 冰块分子的可能排列方式只有 1 种

到着就很好理解了,熵就是把1和N这种表明可能存在状态的数字,取一个自然对数,然后再乘以一个数算出来的。

熵的数学定义是:S = K * ln W

  • K:玻尔兹曼常数
  • ln:自然对数
  • W:微观状态数(系统可能的状态数量)

忽略K和ln,可以简单理解为(S = W):熵与系统可能的状态数成正比。状态数越多,熵越大。

生活理解:为什么熵代表混乱?

例子:房间布置

假设有两种布置房间的方式:

  • 有序布置:台灯放在桌子上,床和床头柜放在一起(要求苛刻,排列方式少)
  • 无序布置:物品随意堆放(要求宽松,排列方式多)
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显然,无序布置的状态数更多,熵更大,对应着混乱;有序布置的状态数更少,熵更小,对应着有序。

更简洁的理解:可能性 = 混乱

从高处随机扔下一堆砖头,更可能出现哪种情况?

  • 整整齐齐码成一堆(几乎不可能)
  • 散落一地(极大概率)
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很明显,是右边的这种,如果出现左边的这种情况那真就是奇迹了。

所以:状态数多 = 可能性大 = 高熵 = 混乱无序

对生活的启示

这个原理揭示了一个不太乐观的真相:

  • 如果随波逐流,一个普通人的人生更大概率是混乱的,而不是有序的
  • 如果因为催婚而结婚,这段婚姻更可能是不幸的,而不是幸福的
  • 如果你想做出与众不同的事,更可能会遭遇失败,而不是成功

在这个世界上,混乱才是常态,有序需要刻意营造


封闭系统与熵增定律

熵增定律

熵增定律指出:在封闭系统中,熵会随着时间推移而增加

例如:

  • 年久失修的房子会破败
  • 路边停久了会生锈
  • 房间不整理会变乱

为什么这个过程不能反过来?这需要理解“封闭系统”的概念。

什么是封闭系统?

物理学中有两个相关概念:

  1. 孤立系统:与外界没有任何物质和能量交换
  2. 封闭系统:与外界没有物质交换,但有能量交换

简单模型理解

假设一个容器中有空气分子,最初全部分布在左边。随着时间的推移,分子会如何运动?

  • 左边的分子会逐渐扩散到右边
  • 最终两边分子数量趋于均衡
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这个过程熵是变大还是变小?

  • 初始状态:分子集中在左边(状态数少,熵小)
  • 最终状态:分子均匀分布(在更大空间里,位置组合更多,状态数多,熵大)

结论:封闭系统 → 时间推移 → 混乱无序(熵增)


如何摆脱混乱无序?

麦克斯韦妖:熵减的可能性

什么情况下熵会随着时间减少?比如让分子全部集中到左边,而不是均匀分布。

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这就需要引入一个思想实验,麦克斯韦妖

  • 在容器中间放一个“小人”
  • 小人做一件事:判断分子的运动方向
  • 规则:从右向左的分子放行,从左向右的分子阻挡

只要小人持续工作,分子就会逐渐全部集中到一边——熵减少了

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小人的秘密:感知与选择

这个小人做了什么事,能让系统自发变得更有序?

仔细看,他一直在做两件事:感知和选择。更准确地说,是正确的感知正确的选择。只要持续做好这两件事,随着时间的推移,系统就会变得越来越有序。

其背后的哲理是:感知和选择,可以让事物变得更加有序

生活中的例子

我们的大脑每天会闪过1.2万到6万个想法,本质上是混乱无序的。如果在大脑里也放一个“小人”,每天判断哪些念头该想、哪些不该想,经常这样做,大脑就会变得有序。这就是《论语》讲的:吾日三省吾身


耗散结构

从封闭到开放

观察麦克斯韦妖做的事:

  • 感知需要能量(观察分子运动)
  • 选择需要信息(判断方向、执行阻挡)

放入小人后,整个系统就从封闭系统变成了开放系统,我们向系统注入了能量和信息。

由此引出一个重要概念:耗散结构

什么是耗散结构?

耗散结构是指这样一种系统:它能够不断从外界输入能量、信息和物质,同时不断排出熵,从而维持自身的有序状态。

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典型例子

  1. 河流

    • 上游不断注入水分子

    • 水流从高到低带来能量

    • 结果:永不腐败,保持动能与活力

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与之对比:年久失修的游泳池,池水腐败发臭,因为它是封闭系统。

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  1. 人体

    • 通过新陈代谢,不断输入能量、信息、物质

    • 同时排出熵(排泄物、负能量、负信息)

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流水不腐,因为流水是耗散结构。我们人体也是一个耗散结构,比如生物学上的新陈代谢,通过不断输入能量,信息和物质,让自己不断的从身体排出熵。

耗散结构的哲学启示

耗散结构有一个神奇的特点:

  • 你每天看到的河流都是“新”的(水分子一直在变)
  • 但它千百年来还是“同一条”河流(形态稳定)

这个是一个哲学命题,释迦牟尼佛在两千多年前就跟波斯王探讨过这个问题。所以耗散结构这种神奇的东西,古往今来有很多智者都思考过。

它为什么神奇呢,因为这是一个动态平衡体,而非静态平衡体:

  • 动态:一直在变
  • 平衡:保持稳定形态

人体也是如此。大约每7年,人体大部分细胞都会全部更新一遍。从细胞层面看,你已经不是以前的你了;但从整体看,你还是你。

这揭示了一个深刻的道理:人是可以彻底重塑自己的,只是需要的时间比大多数人预想的要长,大概是四到七年。无论现在对自己多不满意,脱胎换骨都是可能发生的。永远不要给自己判死刑


如何应用耗散结构

如何选择城市和公司?

城市和公司本质上也是耗散结构。选择时应该:

  • 加入那种能不断从外界吸取能量和信息,能不断做出成绩,让自己变得越来越有序的城市和公司
  • 不要选择那种尽管现在很有成就,但已经陷入自我封闭、自我感觉良好、拒绝与外界进行信息和能量交换的城市和公司

如果进入封闭系统,最大的问题是:无论它现在看起来多好、能给你多安逸的生活甚至高工资,随着时间的推移,它一定会越来越糟糕,这是熵增定律决定的。

如何让人体这个耗散结构运作良好?

人体耗散结构可以拆解为:

输入端(蓝色部分,应重点关注):

  • 求知:输入信息
  • 娱乐:注入能量
  • 食物:输入物质
  • 环境(家庭、朋友圈、工作氛围、城市):综合影响信息和能量输入

输出端(红色部分,应接纳存在):

  • 排泄物
  • 负能量(情绪宣泄)
  • 负信息(如撒谎、谣言,增加世界的不确定性)

内循环

  • 睡眠、运动、思考、活动
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运作策略:管吃不管拉,管睡不管醒

虽然人体耗散结构复杂,但运作策略不复杂:

  • 把焦点放在蓝色部分(输入端):求知、娱乐、食物、环境

  • 对红色部分采取接纳态度:承认它们存在的必要性

  • 因上努力,果上随缘:如果“因”都是对的,得到好的结果只是时间问题

最容易犯的错误:无法接纳自己的“红色部分”(如忍不住撒谎、抱怨、胡思乱想、拖延),产生大量自责。自责反而可能阻止熵的正常排出,最终导致身体病变。

正确做法是:从源头减少身体积累的熵,而不是产生了很多熵后去压抑排解的过程

这个原理也适用于面对失败:如果取得的是负成果,不要只盯着结果去后悔懊恼,而应该释怀接纳,然后盯着“蓝色部分”继续下功夫。


选择的自由

如果被困在封闭系统里怎么办?

假如暂时离不开不喜欢的城市、不满意的工作,被限定在相对封闭的系统里,如何过好接下来的日子?

在一个封闭系统里,你改变不了系统本身的格局,但依然可以做好“感知”和“选择”这两件事。只要持续做好这两件事,就能使整体的熵逐渐减少。

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《活出生命的意义》中有句话:

你无法控制生命里会发生什么,但你可以控制面对困境时你的情绪和行动。残酷的世界可以拿走你很多东西,唯独一样东西它永远拿不走——选择的自由

古罗马哲学家爱比克泰德也说:

如果我必须被流放,谁又能阻止我面带微笑、愉悦而且平静地离去呢?

这就是在极端环境下的选择的自由

辩证法的启示

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其实我们的人生选择的维度来看大概能分成三段

  1. 我们出生和刚刚独立的这一段,这一段我们能控制得事情确实不多。
  2. 第二个阶段就是我们开始独立了,可以选择的东西变得很多了,一旦和身边得人比较,就会有人停留在对人生第一个阶段得抱怨里出不来。
  3. 第三个阶段稳定态,就是找到了一份稳定得工作,可以干一辈子得工作,但有个隐含着一个潜在得危险,就是陷入封闭系统,不断得熵增。

所以这一切还是看个人得选择得结果,这个世界充满了辩证法。

这一切最终取决于个人的选择:

  • 那些热衷冒险的人,应该多一点追求务实和安稳的态度
  • 拥有稳定生活的人,应该多一点追求开放和冒险的精神

这样都能让自己的生活变得更好。

无论哪种选择,都要记住:再精致的封闭也会腐烂,再简陋的耗散也会鲜活


总结:A模式与B模式

《终身成长》一书中有一张图,对比了两种反应模式:

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A模式(封闭系统倾向) B模式(耗散结构倾向)
拒绝挑战 拥抱挑战
对努力持消极态度 对努力持积极态度
忽视负面反馈 从批评中学习
感觉受到他人成功的威胁 从他人的成功中获得启发

这两种模式日积月累,就会使人生演变成完全不同的结构——封闭系统或耗散结构。具体而言,它取决于我们对很多小事情的第一反应

大多数人不是纯A或纯B,而是两种模式的融合,只是比例不同。随着时间的推移,两种模式都会形成不断增强的闭环,直到逐渐形成牢固的系统。

知易行难

整体来看:

  • A模式一直在拒绝信息和能量的输入,更符合人性,因为趋利避害是本能
  • B模式一直在强迫自己接受更多的信息和能量,伴随着更多痛苦

选择B模式,就意味着要不断承担痛苦、花精力做逆人性的事情。这正是构建耗散结构的过程,注定充满困难。

但“难”并不是真的无法做到,而是因为我们没有掌握正确的方法论。

《道德经》说:天下难事,必作于易。要把一件非常困难的事情做成,就要把它拆解成一件又一件简单可执行的小事,然后一步一步去做。

posted @ 2024-03-27 21:14  克峰同学  阅读(477)  评论(0)    收藏  举报