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熵

熵soeng1（英文：entropy）係統計力學同熱力學等領域常用嘅一個概念，係一個熱力學系統具有嘅外延性質（外延性質係會同個系統嘅大細成比例嘅物理性質）。考慮 呢個數值：是但搵個熱力學系統，佢會有一啲宏觀性質（例如溫度、壓力等），而個系統會有若干個可能嘅微狀態（microstate；「粒子 A 喺位置 X 而粒子 B 喺位置 Y...」、「粒子 A 喺位置 Y 而粒子 B 喺位置 X...」等等），能夠同個系統啲宏觀性質吻合嘅微狀態數量就係 咁多個；熵係 嘅函數，即係話熵反映咗「已知個系統嘅宏觀性質如此，個系統有幾多個可能嘅微狀態」。假設每個微狀態都一樣咁有可能發生（概率一樣），個系統嘅熵可以用以下呢條式計出嚟[1][2]：

一杯凍檸水嘅冰溶化，冰當中嘅 H2O 分子變成水，並且散開。
  提示：呢篇文講嘅唔係資訊熵。

當中 kB 係波茲曼常數（Boltzmann constant）[3]。

喺實際應用上， 嘅數值通常都極之大：根據估計，一嚿喺室溫同大氣壓力之下、容量 20 公升嘅氣體總共有大約 N ≈ 6×1023 咁多粒氣體分子（阿伏加德羅常數；Avogadro number），而呢嚿氣體嘅 數值（ 反映「已知呢嚿氣體有 N ≈ 6×1023 粒分子，可能嘅微狀態數量」）會更加大[3]。

熱力學第二定律

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睇埋：熱力學第二定律

根據熱力學第二定律（The second law of thermodynamics），一個封閉系統（closed system）當中嘅熵永遠唔會跌，只有可能維持不變或者升。熱力學第二定律意味住，搵個封閉系統，隨住時間過去，個系統內部嘅粒子同能量頂櫳維持唔郁，而喺現實多數會慢慢走位（可能嘅微狀態數量上升），會漸漸趨向熱力學平衡（thermodynamic equilibrium）－熵數值最大化嘅狀態。好似生物等嘅非封閉系統（會同周圍環境傳能量）可以內部熵下降，但噉做實會引致佢周圍環境嘅熵升，而且升至少同一樣咁多。因為噉，宇宙嘅總熵依然會升[4]。

順帶一提，如果宇宙最後真係完全變成熱力學平衡，根據物理學家計算，宇宙最後會變成溫度分佈完全平均，而且溫度接近絕對零度（攝氏零下 273.15 度）嘅空間，唔會再有任何作功，更加唔會有生命－而呢個情況就係假想中嘅熱寂（heat death）[5]。

同資訊嘅啦掕

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睇埋：資訊理論

熵仲同資訊有住密切嘅啦掕：熵由帶隨機性嘅微狀態數量決定，所以熵會反映「知道咗個系統嘅宏觀性質，需要幾多資訊先可以講明個系統處於乜嘢物理狀態」；因為呢個緣故，外行人會話熵表達咗個系統有幾「亂」－一個系統嘅熵愈高，就表示觀察者對個系統知道得愈少（有愈多不確定嘅可能性），所以就愈「亂」。而對物理意義上嘅熵嘅考量的確同資訊理論（information theory）有關（不過資訊理論當中講嘅「熵」係一個同物理熵唔同嘅概念）[6][7]。

同生命嘅挐掕

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睇埋：生命

生物學到咗廿一世紀初都仲有就「生命應該點樣定義」呢個問題作出討論[8]。有生物學家講到，有生命嘅嘢有負熵（negative entropy）嘅特性[9][10][11]。

根據生物物理學觀點，「生物」可以想像成一種特殊嘅開放系統：佢哋有能力透過由環境嗰度攞能量，並且跟手將啲質素差咗嘅能量排返出嚟，嚟到去減低佢哋自己內部嘅熵（負熵）－即係等佢哋自己內部嗰啲能量唔會散開變成平均嘅分佈[12][13]；不過，負熵只係生物嘅其中一種特性，齋靠呢點唔可以定義「生命」－曉減低自己內部嘅熵嘅唔淨只係得應該屬於生物嘅嘢，雪櫃都識做呢樣嘢[14]。

睇埋

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參考

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  • Adam, Gerhard; Otto Hittmair (1992). Wärmetheorie. Vieweg, Braunschweig. ISBN 978-3-528-33311-9.
  • Atkins, Peter; Julio De Paula (2006). Physical Chemistry (8th ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2.
  • Baierlein, Ralph (2003). Thermal Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-65838-6.
  • Ben-Naim, Arieh (2007). Entropy Demystified. World Scientific. ISBN 978-981-270-055-1.
  • Callen, Herbert, B (2001). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (2nd ed.). John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-86256-7.
  • Chang, Raymond (1998). Chemistry (6th ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-115221-1.
  • Cutnell, John, D.; Johnson, Kenneth, J. (1998). Physics (4th ed.). John Wiley and Sons, Inc. ISBN 978-0-471-19113-1.
  • Dugdale, J. S. (1996). Entropy and its Physical Meaning (2nd ed.). Taylor and Francis (UK); CRC (US). ISBN 978-0-7484-0569-5.
  • Fermi, Enrico (1937). Thermodynamics. Prentice Hall. ISBN 978-0-486-60361-2.
  • Goldstein, Martin; Inge, F (1993). The Refrigerator and the Universe. Harvard University Press. ISBN 978-0-674-75325-9.
  • Gyftopoulos, E.P.; G.P. Beretta (2010). Thermodynamics. Foundations and Applications. Dover. ISBN 978-0-486-43932-7.
  • Haddad, Wassim M.; Chellaboina, VijaySekhar; Nersesov, Sergey G. (2005). Thermodynamics – A Dynamical Systems Approach. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12327-1.
  • Kroemer, Herbert; Charles Kittel (1980). Thermal Physics (2nd ed.). W. H. Freeman Company. ISBN 978-0-7167-1088-2.
  • Müller-Kirsten, Harald J. W. (2013). Basics of Statistical Physics (2nd ed.). Singapore: World Scientific. ISBN 978-981-4449-53-3.
  • Penrose, Roger (2005). The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe. New York: A. A. Knopf. ISBN 978-0-679-45443-4.
  • Reif, F. (1965). Fundamentals of statistical and thermal physics. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-051800-1.
  • Schroeder, Daniel V. (2000). Introduction to Thermal Physics. New York: Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-38027-9.
  • Serway, Raymond, A. (1992). Physics for Scientists and Engineers. Saunders Golden Subburst Series. ISBN 978-0-03-096026-0.
  • Spirax-Sarco Limited, Entropy – A Basic Understanding A primer on entropy tables for steam engineering.
  • von Baeyer; Hans Christian (1998). Maxwell's Demon: Why Warmth Disperses and Time Passes. Random House. ISBN 978-0-679-43342-2.

攷

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  1. ↑ Ligrone, Roberto (2019). "Glossary". Biological Innovations that Built the World: A Four-billion-year Journey through Life & Earth History. Entropy. Springer. p. 478.
  2. ↑ Baierlein, Ralph (2003). Thermal Physics. Cambridge University Press.
  3. ↑ 3.0 3.1 Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol I. Addison Wesley Longman.
  4. ↑ Zohuri, Bahman (2016). Dimensional Analysis Beyond the Pi Theorem. Springer. p. 111.
  5. ↑ Adams, Fred C.; Laughlin, Gregory (1997). "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects". Reviews of Modern Physics. 69 (2): 337–72.
  6. ↑ Rietman, Edward A.; Tuszynski, Jack A. (2017). "Thermodynamics & Cancer Dormancy: A Perspective". In Wang, Yuzhuo; Crea, Francesco (eds.). Tumor Dormancy & Recurrence (Cancer Drug Discovery and Development). Introduction: Entropy & Information. Humana Press. p. 63.
  7. ↑ Brooks, D. R., Collier, J., Maurer, B. A., Smith, J. D., & Wiley, E. O. (1989). Entropy and information in evolving biological systems. Biology and Philosophy, 4(4), 407-432.
  8. ↑ Popa, Radu (March 2004). Between Necessity and Probability: Searching for the Definition and Origin of Life (Advances in Astrobiology and Biogeophysics).
  9. ↑ Schrödinger, Erwin (1944). What is Life?. Cambridge University Press.
  10. ↑ Baierlein, Ralph (2003). Thermal Physics. Cambridge University Press.
  11. ↑ Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (1995). What is Life?. University of California Press.
  12. ↑ Lovelock, James (2000). Gaia – a New Look at Life on Earth. Oxford University Press.
  13. ↑ Avery, John (2003). Information Theory and Evolution. World Scientific.
  14. ↑ Second Law: Refrigerator.

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