畢業(yè)論文初稿-新

格日樂畢業(yè)論文初稿新熵概念的推廣與應用熵概念的推廣1.1熱力學熵我們知道，為了定量表述熱力學第零定律建立了溫度的概念；為了定量表述熱力學第一定律，建立了內(nèi)能的概念；與此類似，為了定量表述熱力學第二定律，才建立了熵的概念。熵表示了物理過程的方向性的特征，物理過程的方向性用熵增加原理來表示。熵的概念比較抽象，初次接觸它，很難透徹了解。但熵概念很重要，隨著科技的發(fā)展，很多學科都引入了熵的概念所以對于熵的學習顯得越來越重要。熵這個物理名詞是由克勞修斯創(chuàng)造出來的，克勞修斯在1854年研究卡諾機時發(fā)表了一篇論文《論熱的動力理論的第二原理的另一形式》，提出了熵的概念。熵的最初定義集中于守恒這一點上：無論循環(huán)是不是理想的，在每一次循環(huán)結(jié)束時，系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)熵，都回到它的初始數(shù)值（圖1.1.1）。首先將過程限制于可逆過程。對式的成立足以證明存在一態(tài)函數(shù)。因此，對應于每一個熱力學平衡狀態(tài)，都可以引入狀態(tài)函數(shù)熵（S）：從一狀態(tài)O到另一個狀態(tài)A，S的變化狀態(tài)定義為（1.1.1）積分路線可沿聯(lián)結(jié)O與A的任意可逆變化過程來進行。上式定義了兩個狀態(tài)間的熵差。為了完全確定某狀態(tài)熵的數(shù)值，需要確定一參考態(tài)，并規(guī)定其熵值，猶如我們在重力場中確定一個物體的勢能值，必須選擇一參考點的勢能值,為常數(shù)。對應于在狀態(tài)O的S值。對于無限小的過程，可寫上式為或。圖1.1.1閉合的循環(huán)過程1.1.2氣體的自由膨脹值得注意的是，熵是作為熱力學狀態(tài)函數(shù)來定義的對應于任意熱力學平衡狀態(tài)，總存在有相應熵值。不管這一系統(tǒng)曾經(jīng)經(jīng)歷了可逆還是不可逆的變化過程，根據(jù)公式(1.1.1)來具體計算狀態(tài)A的熵，必須沿著某一個可逆的變化途徑。這里用理想氣體的自由膨脹為例來說明一點。設(shè)總體積為的容器，中間為一界壁為隔開初始狀態(tài)時理想氣體為的左室，右室為真空體積如圖（1.1.2）。然后，在界壁上鉆一孔，氣體沖入右室，直到重新達到平衡，氣體均勻分布于整個容器為止。膨脹前后，氣體溫度沒有變化，氣體的自由膨脹顯然是一個不可逆問題。對于此過程，是無法直接利用公式（1.1.1）來計算熵之變化的。但為了便于計算，不一定拘泥于實際所經(jīng)歷的路線，不妨設(shè)想一個聯(lián)系初,終態(tài)的可逆過程中：氣體從體積擴展到的等溫膨脹。在此過程中，熱量Q全部轉(zhuǎn)化為W。計算中引用了理想氣體狀態(tài)方程:時至今日，科學的發(fā)展遠遠超出了克勞修斯當時引進熵的意圖及目標。熵作為基本概念被引入熱力學，竟帶來了科學的深刻變化，拓展了物理內(nèi)容，這是克勞修斯所始料不及的。今天，歷史賦予熵以愈來愈重要的使命，其作用，影響遍于各個方面越來越為人們所關(guān)注，所借用。熵概念的誕生之所以重要，就在于可以將熱力學第二定律以定量的形式表述出來。我們都知道熱力學第一定律，其實質(zhì)無非是能量守恒。即，對于任一孤立系統(tǒng)能量的的形式可以轉(zhuǎn)換，但其數(shù)值是守恒的，能量不會憑空產(chǎn)生或消滅；至于熱力學第二定律，文獻中有兩種通行的說法：其一是克勞修斯說法，即不可能把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，而不產(chǎn)生其他影響；其二是開爾文說法，即不可能從單一熱源取熱量，全部用來做功，而不引起其他變化。引入熵，則可將熱力學第二定律表述為：在孤立系統(tǒng)內(nèi)，任何變化不可能導致熵的總值減小，即(1.1.2)如果變化過程是可逆的，則；如果變化過程是不可逆的，；總之熵有增無減。緣于此，熱力學第二定律亦稱之為熵恒增定律。我們說，熱力學第二定律對過程的方向和限度，最終應當給出定量的判據(jù)，正是源于熱力學第二定律的熵表述。它完全勝任這樣的作用：不可逆絕熱過程總是向熵增大的方向進行；而可逆絕熱過程則總是沿著等熵線進行。由此原則，當還可推論出：孤立系統(tǒng)是絕熱的，且其中的一切自發(fā)過程都是不可逆的。因此，這類過程總是向著熵增大的方向進行。這就是孤立系統(tǒng)中自發(fā)不可逆過程方向的判據(jù)。自發(fā)過程都是由非平衡態(tài)趨向平衡態(tài)的過程，到達平衡態(tài)時過程就停止了，由此可知，在平衡態(tài)時，熵為極大值。就是說，自發(fā)不可逆過程方向進行的限度，是達到熵為極大為止。這樣，式（1.1.2）又給出了判斷不可逆過程限度的準則。同時，熵增原理還可以作為過程是否可逆的判據(jù)：若熵增大，則此過程是不可逆的。熵具有相加性。系統(tǒng)熵變化過程中，每一步所吸收的熱量都與質(zhì)量成正比，因而系統(tǒng)各部分的熵相加起來等于整體的熵。所以熵和內(nèi)能一樣是廣延量，具有相加性。1.2統(tǒng)計物理熵統(tǒng)計物理熱力學研究的對象是包含大量子系統(tǒng)的宏觀系統(tǒng)，具體的實例就是理想氣體。通過對理想氣體進行分析所得到結(jié)論，很多對于包含大量子系統(tǒng)的所有熱力學系統(tǒng)都是普遍適用的。從物理熱力學系統(tǒng)中，對一般復雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行分析，可以找出規(guī)律。1872年玻爾茲曼對克勞修斯的熱力學熵理論進行了拓展。他首先提出了微觀態(tài)的概念。所謂微觀態(tài)，實質(zhì)上是系統(tǒng)內(nèi)粒子數(shù)的某種可能組態(tài)(即可能的一種分布方式)，一種可能的組態(tài)，叫做微觀態(tài)。一種宏觀態(tài)所對應微觀的數(shù)目W叫熱力學概率。玻爾茲曼在此基礎(chǔ)上，得出了熵的又一表達式：(1.2.1)式中K是玻爾茲曼常數(shù)，W代表了微觀態(tài)數(shù)目。（1.2.1）式把熵與熱力學概率有機地聯(lián)系起來，這樣，也就很自然地解決了克勞修斯熵的局限性問題。至于（1.2.1）式的物理意義，我們可從一種宏觀態(tài)所對應微觀態(tài)數(shù)目的多少來分析。微觀態(tài)數(shù)目的多少與系統(tǒng)粒子數(shù)的多少相關(guān)密切，熵的大小反映了系統(tǒng)的微觀狀態(tài)分布的混亂程度。把S和等同起來，通過相容于每一宏觀態(tài)的微觀狀態(tài)W，熵成為該宏觀態(tài)的標志。意味著不可逆的熱力學變化是一個趨向于幾率增加的態(tài)的變化，而其終態(tài)是相應于最大幾率的一宏觀態(tài)。玻爾茲曼關(guān)系式把宏觀量S與圍觀狀態(tài)數(shù)W聯(lián)系起來，在宏觀與微觀之間架設(shè)了一座橋梁，既說明了微觀狀態(tài)數(shù)W的物理意義，也給出了熵函數(shù)的統(tǒng)計解釋。物理概念第一次用幾率形式表達出來，意義深遠。為更好地說明玻爾茲曼關(guān)系式的物理意義及其深刻內(nèi)含，我們不妨來玩一種“棋盤游戲”這里是一個“棋盤”，棋盤上有1600個格點。分棋盤為兩個區(qū)域：中間區(qū)域為系統(tǒng)Ⅰ，有100個格點；外面區(qū)域有1500個格點，為系統(tǒng)Ⅱ；系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ合起來構(gòu)成一個孤立系統(tǒng)。首先設(shè)想游戲開始前所有棋子都集中于中間，100個棋子將系統(tǒng)Ⅰ占滿，沒有挪動的余地，同時假定它們相互之間不能交換位置，不可自由調(diào)動。即，中間所有的位置都被都被占了，而外面系統(tǒng)是空的，沒有一個位置被占。也就是說，此時系統(tǒng)只有一個狀態(tài)，因為不可能另外一個狀態(tài)就是全部占滿存在。運用一下玻爾茲曼關(guān)系式（對數(shù)表達式指出，熵是一個相加的量而W是一個相乘的量因只有一個狀態(tài)，所以）于是，故系統(tǒng)的熵S=0，即游戲開始前系統(tǒng)處于熵為零的狀態(tài)，相當于低溫下完全有序的狀態(tài)。開始玩游戲，完全無規(guī)地將一個棋子拿走，放到外面區(qū)域任意格子之中去?？紤]此時系統(tǒng)的熵值，同樣可采用分別計算系統(tǒng)Ⅰ，系統(tǒng)Ⅱ的熵，然后再求出整個孤立系統(tǒng)的熵。系統(tǒng)Ⅰ，100個格點，99個占滿，1個空缺，問題是空缺的格點可在100個格點位置上任意選擇，因此，相應有類似地，在系統(tǒng)統(tǒng)Ⅰ的熵，應等于拿去第一個棋子時的熵值應，即僅剩下一個棋子和開始拿去一個棋子時的熵值應一樣；游戲結(jié)束，系統(tǒng)Ⅰ之熵值回復到零，這一點已由系統(tǒng)Ⅰ的熵值曲線是對稱的得到證實。而系統(tǒng)Ⅱ的熵值曲線則正如我們所預料的呈不對稱性，這是由系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ共同構(gòu)成的孤立系統(tǒng)呈現(xiàn)不對稱的曲線之必要條件。孤立系統(tǒng)的平衡態(tài)熵值為極大值。我們從圖1.2.2所示曲線上看出，極大值對應的系統(tǒng)Ⅱ中的棋子數(shù)在93～94之曲線上看出，極大值對應的系統(tǒng)Ⅱ中的棋子的密度（棋子數(shù)/格子數(shù)）相等。這可以理解為在平衡態(tài)，兩個系統(tǒng)的密度相等或溫度相等。圖1.2.1SI,SII及S的挪動棋子數(shù)關(guān)系圖1.2.2棋盤游戲中熵的極大值對應于平衡態(tài)由玻爾茲曼關(guān)系式，清楚地看到，熵的問題，牽涉到一個微觀狀態(tài)數(shù)。由此，系統(tǒng)某熱力學狀態(tài)，熵的大小取決于這一狀態(tài)對應的微觀態(tài)數(shù)目的多少。熵的增加意味著，系統(tǒng)從包含微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀態(tài)，向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)過渡，即從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變。然而用以表述熵之大小的微觀狀態(tài)數(shù)又代表了什么？其物理意義又如何呢？就這個問題，為方便起見，我們用棋盤游戲舉例：注意到在游戲前，系統(tǒng)所處狀態(tài)S=0，相當于絕對溫度零點時的晶體。引用粒子在空間分布的“無序度”或“混亂度”概念，這是一個粒子相對集中，疏密度大的狀態(tài)，即有序程度極高的狀態(tài)。隨著游戲的進行，粒子趨于分散，數(shù)密度愈來愈小。清晰地表明，系統(tǒng)走向無序，即開始時的排列在某種含義是有序的，由于游戲產(chǎn)生的混亂，它變?yōu)闊o序。聯(lián)系到微觀狀態(tài)數(shù)，不難理解微觀狀態(tài)多少就是混亂度的大小。即，微觀數(shù)的多少反映了系統(tǒng)的“混亂度”的大小。不同的微觀量━混亂度大小及微觀狀態(tài)數(shù)多少所描寫的，結(jié)論完全一致。由玻爾茲曼關(guān)系式，系統(tǒng)某一狀態(tài)熵的大小，反映出該宏觀態(tài)所對應所對應的微觀態(tài)數(shù)目的多寡，因此，熵增加的過程正是系統(tǒng)無序度增大的過程：熵小，意味著系統(tǒng)混亂度小；熵大意味著系統(tǒng)的混亂度大。因此，玻爾茲曼關(guān)系式揭示了熵的本質(zhì)：熵代表了一個系統(tǒng)的混亂程度。這樣，不光是熵的物理意義非常明確，就連蘊意雋永的熱力學第二定律，也走進了千家萬戶，成為日常生活中熟悉的原理。實踐告訴我們，任何事物若聽其自然發(fā)展，混亂程度一定有增無減.值得一提的是，這里認定W是無序的量度，而其倒數(shù)則可以作為有序的一個直接量度。借助于數(shù)學，的對數(shù)恰好是W的負對數(shù)，很容易將玻爾茲曼關(guān)系式寫成對于這取負號的熵，習慣于稱之為“負熵”。它本身是有序的一個量度。也就是，熵是系統(tǒng)混亂度的度量，反其意而用之，則有：“負熵”是系統(tǒng)有序度的量度。由以上來看把熵總結(jié)為：（1）不能轉(zhuǎn)化為功的能量或耗散的能量，即不能再加以利用之能；（2）分子無序度或混亂度的量度；（3）能量在空間分布均勻度的量度；（4）信息缺乏的量度；（5）生態(tài)環(huán)境的污染程度；（6）耗散的再生資源的量度；等等。熵律指出能量形式的轉(zhuǎn)化是有條件、有方向性的，它只能從有效到無效，而不能從無效到有效的自然轉(zhuǎn)化。即孤立系統(tǒng)的演化或發(fā)展方向是從溫度不均勻至均勻，物質(zhì)不均勻至不均勻，有組織至無組織，復雜至單一（這一點是僅僅就復雜與簡單而言，因為復雜不等于有序、無序同樣可以是復雜的）等，其發(fā)展是退化式的，它注重的是過程變化而非結(jié)果，這一點與第一定律恰好相反，因為熵律所表達的運動形式是發(fā)展式的、非重復的、非循環(huán)的、不可逆的，它是關(guān)于演化方向的規(guī)律。1.3信息熵麥克斯韋在他的《熱的理論》藝術(shù)中提出了一個假想的妖精模型“在一個裝滿氣體分子的容器內(nèi)，假設(shè)存在一個小妖精，其功能如此敏銳。以至于可以追蹤每一個在運動中的分子。設(shè)想一個容器被一個有孔的隔板分隔成A、B兩部分。而這個能察覺單個分子運動的生靈米開或關(guān)這個孔是得速度的分子從,而速度小的分子從。這樣，他無須做功就會使B得溫度上升，A的溫度下降。與熱力學第二定律違背?！丙溈怂鬼f的行為是根據(jù)氣體分子運動的信息來操作的，首先，這個妖精必須能夠看得見運動的分子，并且能夠判斷其運動速度。所以必須用光照在分子上，光被分子散射，散射的光子為妖精吸收，這一過程涉及熱量從高溫熱源轉(zhuǎn)移到低溫熱源，導致系統(tǒng)熵的增加。當妖精接收到有關(guān)分子運動的信息的后，再通過操作隔板來減少系統(tǒng)的熵。信息的取得會導致系統(tǒng)中熵的增大，而操作隔板減少的熵，從數(shù)量上不能超過由于獲取信息引起的熵的增加量。因此，這不違背熱力學第二定律。通過上面的分析可知，獲得信息的過程本身為熵增加量過程，而獲得信息之后，可以設(shè)計某些來降低熵。由此確定了熵與信息的聯(lián)系。1948年香農(nóng)把玻爾茲曼定義的熵引入到信息論中，他把熵看作某一隨機事件中不確定性的量度，從而奠定了信息論的基礎(chǔ)。信息，通常指在學習或觀測中所得到的新聞、消息、知識和數(shù)據(jù)。在科學上，信息具有嚴格和確切的含義，他是指某些抽象的,能被貯存、提取、傳遞和交換的資料以及數(shù)據(jù)的集合，用信息量來作為定量的描述。根據(jù)香農(nóng)的信息熵理論，1957年E.T.Jaynes將信息熵引入到統(tǒng)計力學當中，定義為：

(1.3.1)(1.3.1)其中k是一個正常數(shù)，Pi為信息源的第i個信息元出現(xiàn)的概率，也可以看作系統(tǒng)第i個微觀態(tài)出現(xiàn)的概率。信息熵是信息論中用于度量信息量的一個概念。一個系統(tǒng)越是有序，信息熵就越低；反之，一個系統(tǒng)越是混亂，信息熵就越高。所以，信息熵也可以說是系統(tǒng)有序化程度的一個度量。熵的概念源自熱力學。假定有兩種氣體a?b,當兩種氣體完全混合時，可以達到熱力學中的穩(wěn)定狀態(tài)，此時熵最高。如果要實現(xiàn)反向過程，即將a?b完全分離，在封閉的系統(tǒng)中時沒有可能的。只有外部干預，也即系統(tǒng)外部加入某種有序化的東西，使得a?b分離。這時，系統(tǒng)進入另一種穩(wěn)定狀態(tài)，此時，信息熵最低。熱物理學證明在一個封閉的系統(tǒng)中，熵總是增加，直至最大。若使系統(tǒng)的熵減少（使系統(tǒng)更加有序化）必須有外部能量的干預。信息熵的計算是非常復雜的。而具有多重前置條件的信息，更是幾乎不能計算的。所以在現(xiàn)實世界中信息的價值大多是不能被計算出來的。但因為信息熵和熱力學熵的緊密相關(guān)性，所以信息熵是可以在衰減的過程中被測定出來的。因此信息熵的價值是通過信息的傳遞體現(xiàn)出來的。在沒有引入附加價值負熵的情況下，傳播得越廣?流傳時間越長的信息越有價值。熵首先是物理學里的名詞。在傳播中時指信息的不確定性，一則高信息度的信息熵是很低的，低信息度的熵則高。具體說來，凡是導致隨機事件集合的肯定性，組織性，法則性或有序性等增加或減少的活動過程，都可以用信息熵的改變量這個統(tǒng)一的標尺來度量?？紤]存在有P種可能性，其幾率均等的。例如，一個莫斯電碼；一個拉丁字母；一旦在P種可能性之中選定其一，我們就取得了信息，P愈大，相應地做出了選著之后信息量也愈大，這樣，信息I被定為這里K為比常數(shù)。由于相互獨立的選擇可能性是相乘的，對應的信息量按此定義就具有相加性。如果考慮一個信息量是以連串幾個相互獨立的選擇的結(jié)果你，其中每一個選擇都是在0或1之間作出的，因為總的P值應為，于是如果令I(lǐng)與n等同，則這樣定出的信息量的單位，就是在計算機科學中普遍使用的比特（bit）;如果令K等于玻爾茲曼常數(shù)，那么信息就用熵的單位來度量。上述的例子中，終態(tài)都是唯一的，很顯然可以將的定義推廣到終態(tài)還存在有多種可能性的情況，就需要分別知道始態(tài)的可能性和終態(tài)的可能性，這樣例如，考慮擲骰子所獲的信息，在未擲之前，，擲出某一確定數(shù)字的信息（）等于，這樣，擲出的偶數(shù)信息（）就等于按照布里淵的思想信息不同的可能性可以和狀態(tài)容配數(shù)聯(lián)系起來，從而獲得信息與熵的關(guān)系?？紤]某一系統(tǒng)，始態(tài)時，信息，配容數(shù)為，則熵為而終態(tài)時，信息容配數(shù)，熵顯然，在所考慮的情況，系統(tǒng)并非孤立系統(tǒng)的，當信息獲得后，使容配數(shù)降低，導致熵的減少，而這信息必須有外界機構(gòu)提供，它的熵增加了，這樣即信息相等于物理系統(tǒng)中總熵中的一個負值的量信息=熵的減少=負熵N的增加。就是說，信息可以轉(zhuǎn)換為負熵，反之亦然━這就是信息的負熵原理。熵的應用2.1熵判據(jù)熵增加原理告訴我們：孤立系統(tǒng)的熵永不減少。在孤立系中，如果開始時系統(tǒng)不處于平衡態(tài)，那么，系統(tǒng)一定會發(fā)生變化，這個變化向著熵增加的方向進行。當熵不斷增加達到極大值時，系統(tǒng)就不能再變化了，因為再變化熵就會減少。因此，熵為極大對應孤立系統(tǒng)處于平衡。反之，如果孤立系統(tǒng)已經(jīng)處于平衡態(tài)，那么它的熵必為極大，否則它還可能再發(fā)生變化（向著熵增加的方向）；因此，孤立系的平衡態(tài)熵必為極大?？偟膩碚f，熵為極大是孤立系熱動平衡的充分與必要條件，即孤立系統(tǒng)處于平衡態(tài)。令熵S是n個獨立變量的函數(shù)（符號是n個變量的簡記），若熵在處取極大值，則對于任何相對于的微小變動，必有（參考圖3.1.1），（3.1.1)這里特意引入一特別的符號來表示點的熵與極大點的熵之差。以上表述還不完全，還必須把求熵極大的附加條件表述起來，這個條件就是體現(xiàn)孤立系統(tǒng)所相應的數(shù)學條件在只有膨脹功的條件下，孤立系的條件可以用內(nèi)能、體積和總粒子數(shù)不變來表達。于是，熵判據(jù)可以表述為如下：一物體系在內(nèi)能、體積和總粒子數(shù)不變大的情形下，對于各種可能的變動說，平衡態(tài)的熵極大。數(shù)學表述為：(2.1.1)圖3.1.1熵S在x0取極大值的示意其中為極值的必要條件，無論是極大還是極小都應滿足；才決定是極大而不是極?。蛔詈笠恍惺歉郊訔l件。在數(shù)學上，（2.1.1）是多元函數(shù)的條件極值問題。用熵判據(jù)推導平衡條件，應用（2.1.1）導出熱平衡、力學平衡與相變平衡條件。將熵判據(jù)重寫為于下：(2.1.1a)(2.1.1b)(2.1.1c)為簡單，設(shè)想系統(tǒng)由兩個均勻部分組成，分別代表兩個相，相互接觸，彼此之間可以發(fā)生能量與物質(zhì)的交換，而且兩個子系統(tǒng)的體積也可以改變，，但保持總體體積不變。令分別代表兩個子系統(tǒng)的熵、內(nèi)能、體積與總粒子數(shù)。對整個系統(tǒng)，有:(2.1.2)于是有（2.1.3）由于是是（）的函數(shù)，故有(2.1.4)注意到代表偏微商取極值點所對應的變量值，亦即取平衡態(tài)所對應的變量值。根據(jù)粒子數(shù)可變系統(tǒng)的熱力學基本微分方程（見（2.1.1）），或（2.1.5）故有（2.1.6）于是（2.1.4）化為：（2.1.7）也就是說對無窮小的虛變動，一階在形式上與熱力學基本微分方程（2.1.5）相同，形式上只需要把“d”改寫為“”即可。由約束條件(2.1.1c)及（2.1.2）得（2.1.8）將式（2.1.7）帶入（2.1.3），并利用（2.1.8）得根據(jù)熵判據(jù)，熵S取極大值的必要條件為（2.1.10）由于（2.1.9）式中的和均可獨立改變，故由（2.1.10）得到平衡條件(2.1.11)，式中第一個為熱平衡條件，第二個為力學平衡條件，第三個為相變平衡條件條件。2.2熵在生物體系中的應用生物物種的遺傳信息是依靠基因保持與傳遞的，越簡單的生命基因中所含的信息量越少，越是高等的生命，其基因的信息含量越大。當細胞開始按基因上的信息自我復制時，成長起來和分化出來的細胞不斷擴大，其總體的信息量是遠遠超過母細胞核中的基因信息量。生命具有自組織性，在沒有外界特定的安排下，系統(tǒng)內(nèi)部自己形成有序的結(jié)構(gòu)，細胞信息不斷的擴大，可以認為是信息復制和擴大過程是一個負熵的過程，這需要細胞的特殊結(jié)構(gòu)，需要有一系列的細胞器配合完成，復制出的細胞又有序的排列形成器官，負責生命體中特定目的的功能。自然界也存在著負熵的情況，如液體的凝結(jié)，氣體的液化，屬性相同的物質(zhì)沉積在一起等等，這些過程是自然界中的低級過程，就總體而言，當一個系統(tǒng)的熵傳遞到另一系統(tǒng)后，該局部系統(tǒng)的熵就減少了，但整個自然界的熵仍然是在增加和擴散的，生命體也是相同的原理，生命體的有序性和低熵，是不斷從外界吸取負熵，排除無序性即排除高熵來實現(xiàn)的。在生命發(fā)育和生長過程中，就是信息擴大的過程，熵是減少的，或者說是負熵增加的過程。與之相反的過程是生命不斷耗散和有序性，組織性不斷被破壞的過程，是信息不斷消失的過程，它趨向于與自然界平衡。生命體就是這么一個斗爭的過程，不斷的發(fā)育和生長，自我復制，從外界吸取負熵，如食物，能量，水，氧等，同時排除高熵物質(zhì)，無序性的物質(zhì)如糞便，汗水，二氧化碳等。兩個相反的過程不斷的斗爭，就是不斷吸取負熵，然后又不斷的被消耗的過程，生命在兩者的斗爭過程中得以延續(xù)。對于生命熵而言，等于身內(nèi)部孤立系統(tǒng)演變產(chǎn)生的熵和外界的熵交流之和，ds=des+dis，des是生命體和外界之間的熵的交換，可以為正直也可以為負值，或者為零。從外界吸取的熵為desi，排除的熵為deso，兩者的差值des=desi-deso就是生命體從外界交換的熵總值。dis表示生命體系統(tǒng)內(nèi)部的熵的產(chǎn)生，根據(jù)熵增加原理，孤立系統(tǒng)中的熵是不可能減少的，即dis≥0。如果系統(tǒng)中des為負值且大于dis增加值時，生命體總的熵值在減少，表現(xiàn)為生命體處于一個被組織起來的，不斷的發(fā)展壯大的生長過程。反之，如果整個生命體的熵在增加，則是一個組織和機體不斷的被破壞和消耗的過程，是一個從有序性走向無序性的過程，也就是衰老的過程，最后與自然界處于平衡狀態(tài)，不再有熵的交換。熱力學中的熵增加原理告訴我們，世界的熵正在增大，社會正走向無序。目前遇到的能源問題，環(huán)境問題，人口爆炸等恰好印證了熵增加原理。在我們生產(chǎn)商品，開采礦石，設(shè)施建設(shè)等過程中，消耗了別的物質(zhì)的負熵，一部分轉(zhuǎn)移到了產(chǎn)品中，一部分被浪費，而且生產(chǎn)過程排出正熵到環(huán)境中。隨著社會創(chuàng)造的財富的增加，能量被越來越多的消耗，地球的熵越來越多，最后達到極限，將沒有負熵可以利用，世界處于一片混亂和無序之中，對悲觀論者而言，這就是人類社會發(fā)展的終結(jié)。我們的社會系統(tǒng)，是一個開放系統(tǒng)。開放系統(tǒng)是一切系統(tǒng)的普遍屬性，絕對孤立的系統(tǒng)不存在，只存在于人的思維假設(shè)中。人類社會是一個開放的系統(tǒng)，它必須要從外界吸取負熵，排除正熵，來減少總熵增加或者維持總熵不變，與熵增加原理對抗，以維持自身的組織性和次序性.社會需要有序和穩(wěn)定，有組織而不是混亂，要負熵而不是熵增加，而熵增加是一切自然過程的必然趨勢.實現(xiàn)有序的，高級的社會需要增大負熵的輸入，減少系統(tǒng)自身熵的總量，減緩熵產(chǎn)生速度.因此我們的社會應該是一個開放的社會，也就是一個可