淺談熵的意義

   “熵”由德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年提出，它用來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布越均勻，熵就越大。從物質(zhì)微觀特性來看，熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子混亂或無序程度的量度。系統(tǒng)越無序和混亂，熵就越大。因此，同樣的物質(zhì)，固態(tài)時熵值最小，氣態(tài)時熵值最大。

    熵變包含兩個環(huán)節(jié)：熵產(chǎn)生和熵交換。系統(tǒng)的不可逆性導(dǎo)致了熵的產(chǎn)生。系統(tǒng)之間或系統(tǒng)與環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換引起了熵的交換。

    一個容器中盛滿氣體，所有氣體分子皆有動能，但無論大量的氣體分子動能有多大，都無法使伸入到容器內(nèi)的葉輪轉(zhuǎn)動。這是由于容器內(nèi)的氣體分子雜亂無序，驅(qū)使葉輪轉(zhuǎn)動的氣體分子數(shù)量和朝相反方向阻止葉輪轉(zhuǎn)動的氣體分子數(shù)量旗鼓相當(dāng)。這說明，過高的熵值降低了系統(tǒng)做功的能力和其創(chuàng)造更大價值的潛力。

    從熱力學(xué)的角度看，能量的數(shù)量始終保持不變，即能量是守恒的，既不能自行產(chǎn)生，也不能自行毀滅，這就是熱力學(xué)第一定律，它描述的是能量的數(shù)量問題，沒有闡明做功和熱傳遞之間的區(qū)別。實(shí)際上，做功過程中沒有發(fā)生熵變，而在熱傳遞過程中伴隨著熵的變化。

       熵的大小反映系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定程度，熵的變化指明熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向。熱力學(xué)第二定律指出，在能量轉(zhuǎn)移過程中，若伴隨著熵的轉(zhuǎn)移，則其為熱傳遞；若沒有熵的變化，則其為做功過程。在做功過程中只有能量的轉(zhuǎn)移，而在熱傳遞過程中既有能量的傳遞，又有熵的轉(zhuǎn)移。功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但任何熱機(jī)不能全部地、連續(xù)不斷地把所接受的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α崃W(xué)第二定律實(shí)際上描述的是能量的質(zhì)量問題，在不可逆絕熱過程中能量的質(zhì)量總是朝著降低的方向變化，是熵增的過程，所以熱力學(xué)第二定律也稱作熵增定律。在高溫物體放熱給低溫物體時，低溫物體的熵增大于高溫物體的熵減，使得高溫物體和低溫物體組成的系統(tǒng)凈熵值增加，能量分布趨于均勻。

    熵可反映出熱能轉(zhuǎn)換的方向和轉(zhuǎn)換程度。隨著能量轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，系統(tǒng)趨于平衡，熵值逐漸變大。這表明盡管在此過程中能量總值不變（守恒），即能量的數(shù)量不變，但可供利用和轉(zhuǎn)換的卻越來越少，即能量的質(zhì)量在下降。

    熵的原理也適用于日常生活中的許多方面。對于建筑規(guī)模和藏書量完全相同的兩家圖書館，一家將所有圖書堆積一起，另一家對圖書進(jìn)行分類和分架擺放并設(shè)置索引便于查詢。前者書籍混亂無序，熵值較高，雖然藏書海量，但經(jīng)常一書難求，而后者就大不同，熵值低，書籍查詢方便。另外，對于兩本主題和內(nèi)容相同的書，如果一本排版井然有序、目錄層次分明，而另一本卻編排混亂、各章節(jié)銜接無序，那么后者的高熵值必然會浪費(fèi)讀者時間和降低讀者閱讀和學(xué)習(xí)效率，而前者卻因熵值較低為讀者帶來方便和效率。

    在工作單位，員工間的摩擦?xí)痨卦觯档蛡€人和團(tuán)隊工作效率，就像機(jī)械摩擦力導(dǎo)致熵的增加和降低系統(tǒng)輸出一樣。類似地，在一個管理有序和目標(biāo)明確的組織中，所有人朝著共同的目標(biāo)努力，這樣的組織熵值低、效率高，業(yè)績會遠(yuǎn)高于那些因管理混亂、缺失共同行動目標(biāo)而熵值較高的組織。