进步是问题之源---熵和熵定律之五

     摘要: 一个词语长时间被重复使用,在多个地方频繁、反复出现后,当人们再听到这个词语时,便会习惯性地做出行为上的反应,而跳过思考词语本身含义的过程。在当今,“进步”、“发展”就是这样的一些惯性词语。   大部分的经济学家在表述他们的经济理论、解释经济现象时,一般不会...  阅读全文

posted @ 2009-05-05 22:47 刘晓峰 阅读(62) | 评论 (0)编辑 收藏

热力学,而非机械学的高熵生活--熵和熵定律之四

     摘要: 经常可以听到身边的人感叹:“金钱越来越多,时间越来越少;娱乐越来越多,健康越来越少;朋友越来越多,友情越来越少……”。健康和友情,不是这篇文章要说的事。为什么生活越来越富足时,会感觉到自己所拥有、掌控的时间越来越少?不少喜欢给人上课的时间管理大师会在这时从旁边跳出来,噼里啪啦给你列上好多条规则。但这些规则在多大程度上对所有的人适用,则是个需要琢磨的问题。 ...  阅读全文

posted @ 2009-05-05 22:46 刘晓峰 阅读(107) | 评论 (0)编辑 收藏

支离破碎的知识---熵和熵定律之三

 

根据熵的定律,无论在地球上还是在宇宙中或任何地方建立起任何秩序,都必须以周围环境里的更大混乱为代价。

 

 

在人类知识体系的建立过程,就是从自然界的现象里抽象出规律的过程。这个过程从庞杂的自然现象中,经过逻辑抽象或试验,按照一定的规则总结出相应的公理、定律。因此,有人说,人类文明的发展是个从无序中发展出有序的过程,即反熵过程。如果将人类的知识体系看作一个封闭系统,那么,这话说得很对。但是,人类的活动不仅只包括知识体系。根据熵定律,在任何地方建立秩序,都会给周围的环境带去更多的混乱。在知识体系的层面也不例外。如果将镜头拉远,从整个人类的活动来看,那么,在知识体系中建立秩序的结果,就是给人类活动的其他方面带来更多的无序。那么,由于知识体系的有序化,而在外部产生的“更多的无序”,到底是什么呢?

 

 

1979年1,当《独立宣言》的起草人托马斯.杰弗逊(Thomas Jefferson)担任美国哲学会会长时,哲学会大厅的一个演讲室就能容纳下全美国人文学科领域的所有科学家和他们的同事。今天,该学会会员“仅是自然科学和工程领域具有博士头衔的学者就达450000之多。”牛顿一生创立了微积分,发现了万有引力,在数学、化学、天文学、物理学领域均做出过贡献,其晚年还在哲学上花了不少时间。随着时间的推移,到目前为止,各个学科的结构及其分支已经发生了巨大的变化。每个学科内部的分支越加繁杂,知识的气球越来越大,以至于如今没有一个人有可能掌握一门学科中的大部分知识。许多科学家穷其一生,也只能在某一个学科的某一分支的某一个角落,辛苦地敲敲打打。

 

 

人们通过专业化的方式抗争知识的复杂化,即把知识分成多个领域,使我们投入关注力的领域越来越窄,以减少知识的复杂化、高熵化程度,其结果,便是不同领域的人之间交流的过程变得越来越复杂。

 

 

物理学家费曼曾评述“陈述的每一个定律都是复杂、深奥的数学陈述。牛顿有关万有引力定律的陈述是相对简单的数学,随着研究的深入,这类数学陈述会变得越来越深奥,越来越困难。”知识的早期形成过程像宇宙一样:由最初集中、简单的低熵状态向漫射、复杂的高熵状态进化。

 

 

今天,当某一独特思想出现时,对我们不会再产生太大的影响,其影响已被不断涌现的其他思想冲淡。随着知识体系中的熵的增加,系统变得越来越嘈杂。在知识的所有领域,教授和研究员们正以疯狂的速度发表他们的研究成果。据统计,数学家们每年公开发表的数学定理为20万条,而这些定理的大部分都被人忽视。

 

 

爱因斯坦承认,物理学上的具体发现没有任何哲学意义。换言之,物理学本身无法产生出让我们如何去生活的想法。我们用观念或通过观念来思考,而我们所谓的思考,一般而言,可以说是将一些早已有的观念应用在某一特定状况或某一组现实情况的过程。随着知识体系的繁杂、信息的爆炸,如果我们的心灵无法准备一套强有力的思想来面对世界,那么对于心灵而言,这个事就就会是一团混乱,一堆杂七杂八毫不相干的现象、一群毫无意义的时间。

 

 

面对知识与信息的无序与混乱,你准备好了吗?

posted @ 2009-05-05 22:45 刘晓峰 阅读(75) | 评论 (0)编辑 收藏

现代农业生产与熵定律---熵和熵定律之二

 

在《熵---一种新的世界观》一书中,举例说到:在传统农业时代,一个农民以1卡能量的体力支出,可产出含有10卡能量的粮食。如今,在农业生产效率较高的美国,一个农民以1卡能量的体力支出,便可生产出含有6000卡的能量粮食。面对这两组数据,我们自然而然的反应是:现代机械化农业生产的效率是如此之高(为传统农业的600倍),将人类从自然界中的艰苦劳动中解放了出来。但真实的情况,是这样吗?

 

 

如果我们把生产过程中消耗掉的除人体体力支出的其他能量----如机器消耗的化石燃料(汽油)、机械灌溉消耗的能量以及为生产杀虫剂而消耗的能量,等等,也计算在内,那么,这种表面上的高达6000倍的高效率,不过是个宏伟的假象。书中又给出一组数据:如果将生产过程中所有的能耗计算在内,那么,仅是为生产一个270卡的玉米罐头,就需消耗2790卡的能量,其中,大部分能量消耗在农业机械的使用与机械灌溉上。总的来说,一个现代美国农民用掉约10卡能量,才可生产出包含1卡能量的粮食,效率其实很低。

 

 

500万年前人类诞生以来,人类在大部分时间内的食物来源以捕猎、采集为主。转至农业社会后的大部分时间里,又都是依靠牲畜的力量来完成重体力劳动。在公元前3000年的中东地区,人们就已经发现,将牲畜的粪便施到地里,便可恢复土地的肥力。在这个过程中,人类的能量来源,只有一个----太阳。太阳光的照射,使得植物生长并完成光合作用,牲畜以植物为生,人类以植物的果实、牲畜的肉为生,最原始的能量来源,便是太阳。在这个时期内,仅从地球能量的角度看,是可以达到收支平衡的。但是,熵定律始终在起作用。虽然从能量上看可以达到收支平衡,若是以热力学第二定律(即熵定律)的角度看,在人类早期发展的整个过程中,熵还是在不可避免地在增加。以地球为封闭系统来看,人类始终在进行着将有效能量(太阳能)转化为无效能量的过程。无效的能量始终在增加,无序的状态(熵)也始终在增加。只是,这种熵的增加的速度非常“缓慢”----“缓慢只是相对的,至少在我们今天的纪年方式看是如此。

 

 

1765 年,瓦特发明了蒸汽机。60年后,拿破仑的战争部长的年仅28岁的儿子,利用业余时间,写出了一本仅118页的小册子。这本小册子,为内燃机的设计奠定了初步的理论基础,也对此后开尔文的重要研究,产生了重要的影响。这个28岁的年轻人,名叫卡诺。

 

 

内燃机的发明,彻底改变了了我们人类与自然界的交互方式。这些技术的发明,使得牲畜被拖拉机取代,使得原来用以喂养牲畜的燕麦、干草,被化石燃料(煤、石油)所取代。“人类从使用马等牲畜的劳动变成使用拖拉机的过程,是一个用不可恢复的能量来源取代了可恢复的能量来源的过程。”今天应用的高强度机械化的耕作方式,往往是投入的化石燃料的能量大大超出产出的粮食所包含的能量。尽管看起来似乎很“高效”,但从基本的投入产出来看,这种耕作方式,在能量核算方面,是一个入不敷出的赤字。

 

 

“高熵农业”的确在短短一个世纪之内,便几乎解决了地球上大部分居民的基本生存问题,使得人们有更多的闲暇,去关注生活的其他方面。但是,以地质年代的时间形成的化石燃料,在人类纪年的时间内,还能够被继续使用多长时间?随着化石燃料消耗速率的增长和因此而产生的无效能量(熵)增加,以及可开采的化石燃料的数量的减少而必将伴随的燃料价格的上涨,我们今后是否还会如今天这般,不用为衣食而担忧,继续享受不为生存问题而担心的无忧生活?

 

 

 

posted @ 2009-05-05 22:43 刘晓峰 阅读(80) | 评论 (0)编辑 收藏

什么是熵?什么是熵定律---熵和熵定律之一

 

对于大多数人来说,熵,是一个比较陌生的概念。即便是物理专业出生的人,大部分也无法准确表达出这个概念的实质意义。并不是因为理解这个物理概念需要多么高深的智力,而是因为,这个概念本身,因其所涵盖的范围之宽、之广,使得人们不易用三言两语就表达出它的实质。每当科学家思考热力学第二定律时,他们常常所面对的,不是该定律本身,而是:热力学第二定律的应用范围到底该有多广?

熵定律,在物理学中,被称为热力学第二定律。熵,是对某一封闭系统中,由有效能量转化而成的无效能量的量度,也可以说,熵是作为度量一个热力学系统无序状态的量度单位。熵定律的内容是:“在所有过程中,熵的增加是不可逆的”。

“熵的增加不可逆”说明,在一个封闭系统中,能量只能由有效能量转化为无效能量,系统的整体状态只能由有序变为无序。

“在局部范围内,通过一定的手段,或许可以建立起一定的秩序,但这建立起来的秩序,是以给周围环境带来更多的无序为代价的。”例如,若长时间不去整理自己的卧室,房间内便会越加凌乱(无序的增加),你可以花一至两个小时,将房间整理干净,使之有序,但是,为此付出的代价,是给房间以外的周围环境带去无序,如垃圾、清洁过程中产生的污水、以及劳动过程中比平时多呼出的二氧化碳气体和肌体产生的热量。这些副产品,是为了在局部建立秩序,而给周围环境带去的无序。熵定律告诉我们,这些产生的副产品带来的无序,大于在局部建立的有序。因为,熵(无序)的增加是不可逆的。

熵的增加不可逆,那么,它的增加有限度吗?会有一个终点吗?如果将目光放大,把整个宇宙视为封闭的热力学系统的话,那么,宇宙中的熵会一直增加到“热寂”状态为止,即整个宇宙中只存在不可利用的无效能量,无序状态达到最大化。

对于人类来说,我们所处的地球,若在时间上以地质年代来计算,则可以把地球当作一个开放系统,不用担心无序增加的问题。只要太阳继续存在下去,地球就会与其进行能量的交换。但是,若在时间上以人类的纪年来计算,则只能把地球视为封闭系统,或半封闭系统(开放的程度很小)。因为,目前就人类每日使用的有效能量(以化石燃料为主)来说,远远大于太阳每日对地球输入的有效能量(太阳光)。化石燃料的形成需上亿年,但化石燃料的使用,最乐观的估计,不会超过500年。因此,从这个角度来考虑,在人类纪年的时间范围内,地球可视为一个封闭系统。

在物理学、生物学、环境科学当中,无效的能量即可视为污染。污染不仅仅是针对环境的。

熵定律告诉我们,能量只能由有效的状态(能量可以利用)变为无效的状态(能量无法被再利用)。因此,悲观的问题很自然会产生:化石燃料耗尽时,也就是无效能量达到最大化,污染与无序的状态达到最大化之时。那时的人类,将面临一个怎样的生存环境与地球?

posted @ 2009-05-05 22:35 刘晓峰 阅读(775) | 评论 (0)编辑 收藏

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