孤立系统的熵为什么不会减少?

先了解一下熵的定义:
熵,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。现在常用于泛指各类系统的混乱程度,包括物理系统和社会系统。

因此熵是无序程度的度量,系统越混乱越没有规律,熵值越大,反之,熵值越小。

熵增.jpg

孤立系统的熵为什么不会减少?”
这是一个前同事在朋友圈里问的问题。借着这个事,思考了半小时,最后整理了一些思路:

系统的组成

系统由元素和元素间的关联方式组成,系统有序就是关联方式有序
一个孤立的系统,内部的熵会不断增加,就等于系统内部元素之间的有序关联会越来越趋向于无序关联。

系统的演变

元素间的关联方式天然存在朝向无序关联演变的趋势(比如墨水滴入水里变均匀是必然)。

为了维持或者实现有序关联(比如水和墨汁的区分),就要有外部的资源注入。想要实现特定方式的有序关联,就要有特定的方式来使用外部资源。

系统的本质

我们把有序到无序的自然发生过程叫做“正过程",对应的反方向称为”逆过程”。为什么只有正过程是自然而然发生,逆过程就需要借助外力?

这是因为正过程中,元素间趋向于无序关联可以获得更稳定的周围环境(外力和为0)。

比如一滴墨汁滴入水中,对于一个墨汁分子,如果左边是墨汁,右边是水,两边受作用力不均匀,就会朝着水分子和墨汁分子均匀分布的方向运动,直到周边所有的分子对他的力量总和平衡(也就是外力和为0),于是对这个分子而言,它外力环境就稳定了。

外力环境:影响一个元素运行方式的所有外界元素与外力和。

因此熵增是孤立系统内所有单个元素外力之和趋于平衡的过程。
越平衡,每一个元素的外力和越趋向于0。

孤立系统的熵之所以不会减少,就是因为孤立系统的内部元素的要么已经达到平衡态(熵不变),要么正在变得更无序(熵减去)。

如果这时系统内引入了系统外的能量,就可能打破这个平衡,改变单个元素周围的外力环境,重塑元素的外力环境,创新新的有序关联,从而降低系统的熵。

系统的熵增

孤立系统的每个元素趋向于外力环境平衡,但是外力环境平衡时的元素关联方式,却往往不是我们想要的关联方式。也就是形成了所谓熵增。

比如:一个100人的互联网创业公司,如果疏于管理,允许每个员工按照自己的意愿做事,那这个公司的工作流程一定越来越乱,一定无法把工作做好。这就熵增

我喜欢把另一外一种形式的熵增叫做序乱,就是有序关联的混乱
比如:还是上述100人的公司,如果公司请的是一个很优秀的职业经理人,但是却是按照销售公司的风格进行管理,这时即使公司看起来井井有条,但是结果一定也无法做好公司。这就是序乱

反熵增

掌握了孤立系统的这个原理,就找到反熵增的解决方案了:孤立系统可引入外部的优势资源(比如能量、资金),通过耗散进行反熵。

具体的耗散方法,就需要根据想要达到的有序关联方式来决定。

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