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悦·连载 性命是什么 24

  我首先要强调指出,这不是一个模糊的概念或思想,而是一个可以计算的物理学的量,就象是一根棍棒的长度,物体的任何一点上的温度,某种晶体的熔化热,以及熔化一种物体的比热等。当你以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时(甚至因此而使物体改变了物理学或化学的性质,或者分裂为两个或两个以上物理学或化学性质不同的部分),熵增加的总数是这样计算的:在那个步骤中你必须供给的每一小部分热量,除以供给热量时的绝对温度,然后把所有这些求得的商数加起来。由此,你可看到计算熵的单位是卡/度(摄氏)(就象卡是热量的单位或厘米是长度的单位一样)。

  为了消除经常笼罩在熵上的神秘气氛,我已简单地谈到了这个术语的定义。这里对我们更为重要的是有序和无序的统计学概念的意义,它们之间的关系已经由玻尔兹曼和吉布斯在统计物理学方面的研究所揭示。这也是一种精确的定量关系,它的表达式是:熵=klogD,k是所谓的玻尔兹曼常数(=3.2983E-24卡/℃),D是有关物质的原子无序状态的数量量度。要用简短的非专业性的术语对D这个量作出精确的解释几乎是不可能的。它所表示的无序,一部分是那种热运动的无序,另一部分是存在于随机混合的、不是清楚地分开的各种原子或分子中间的无序。例如,上面例子中的糖和水的分子。这个例子可以很好地说明玻尔兹曼的公式。糖在所有水面上逐渐地“溢出”就增加了无序D,从而增加了熵(因为D的对数是随D而增加的)。同样十分清楚的是,热的任何补充都是增加热运动的混乱,就是说增加了D,从而增加了熵。为什么应该是这样情况呢?只要看下面的例子就更加清楚了,那就是,当你熔化一种晶体时,因为你由此而破坏了原子或分子的整齐而不变的排列,并把晶格变成了连续变化的随机分布了。

  一个孤立的系统,或一个在均匀环境里的系统(为了目前的考虑,我们尽量把它们作为我们所设想的系统的一部分),它的熵在增加,并且或快或慢地接近于最大值的熵的惰性状态。现在我们认识到,这个物理学的基本定律正是事物接近混乱状态的自然倾向(这种倾向,跟写字台上放着一大堆图书、纸张和手稿等东西表现出的杂乱情况是同样的),除非是我们在事先预防它。(在这种情况下,同不规则的热运动相类似的情况是,我们不时地去拿那些图书杂志等,但又不肯化点力气去把它们放回原处。)

  一个生命有机体通过不可思议的能力来推迟趋向热力学平衡(死亡)的衰退,我们如何根据统计学理论来表达呢?我们在前面说过:“以负熵为生”,就象是有机体本身吸引了一串负熵去抵消它在生活中产生的熵的增加,从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上。

  假如D是无序的度量,它的倒数1/D可以作为有序的一个直接度量。因为1/D的对数正好是D的负对数,玻尔兹曼的方程式可以写成这样:负熵=klog(1/D)。

  因此,“负熵”的笨拙的表达可以换成一种更好一些的说法:取负号的熵,它本身是有序的一个量度。这样,一个有机体使它本身稳定在一个相当高的有序水平上(等于熵的相当低的水平上)的办法,确实是在于从它的环境中不断地吸取秩序。这个结论比它初看起来要合理些。不过,可能由于相当繁琐而遭到责难。其实,就高等动物而言,我们是知道这种秩序的,它们是完全以此为生的,就是说,被它们作为食物的、复杂程度不同的有机物中,物质的状态是极有序的。动物在利用这些食物以后,排泄出来的是大大降解了的东西,然而不是彻底的分解,因为植物还能利用它。(当然,植物在日光中取得“负熵”的最有力的供应)

本站文章于2019-11-29 09:23,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:悦·连载 性命是什么 24

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