什么是熵,如何通俗地理解熵的含义
"熵"这个概念,最早是在热力学领域提出来的,是表示物质混乱程度的一个物理量。
但是,由于"熵"这个物理量不像"温度"、"压力"这些物理量,可以通过现有技术直接测量出来,这就使得"熵"这个概念很抽象,无法直观理解。
那么,究竟什么是"熵",如何通俗地理解"熵"?
试想这样一个场景,在一个静止、透明、密闭的容器内,有一群小蚂蚁。从远处看,这群蚂蚁整体上处于一种静止状态。但是当我们走近观察,每只蚂蚁都在不停的运动当中。
当我们慢慢地加热这个容器时,蚂蚁们因为受热,运动速度逐渐加快,并且每只蚂蚁都被"烧"的晕头转向,慌不择路,运动行为越来越混乱。这时的蚁群非常混乱,可以认为混乱度很大。
相反,当我们冷却这个容器时,随着温度降低,蚂蚁们的运动越来越缓慢,不再晕头转向、慌不择路,蚁群混乱度也越来越小。当温度低至某一温度时,蚂蚁们甚至会被"冻"在原地,不再运动。这时,可以认为蚁群"没有一丝混乱"。
这个蚁群的混乱程度,就可以理解为"熵";或者说,可以用"熵"这个概念来衡量。
当加热容器时,蚂蚁的运动越来越混乱,我们可以认为蚁群的"熵"越来越大;当冷却容器时,蚂蚁的运动越来越缓慢,混乱度越来越小,可以认为蚁群的"熵"越来越小。当每只蚂蚁都被"冻"在原地时 ,可以认为蚁群的"熵"为零。
现在,将蚁群换成某种物质,气体、液体、固体都可以,将每只蚂蚁换成物质的分子、原子。蚁群的"熵"就变成了热力学上的"熵"。
物质吸热,本身的分子或原子就会像蚁群的小蚂蚁一样,运动越来越剧烈,混乱度越来越高,物质的"熵"就会增加;物质放热,本身的"小蚂蚁"(分子或原子)运动的就会越缓慢,混乱度降低,物质的"熵"就会减少。而能够将物质的"小蚂蚁"(分子或原子)冻住不动的温度,就是著名的"绝对零度"即-273.15 ,一个只存在于理论上的温度点,在这个温度以下,物质的"熵"为零。
这就是"熵"的通俗理解方式。随着人类的认知拓展,发现"熵"这个概念不仅仅可以用在热力学上,还可以涵盖其他的领域,特别是信息"熵"的提出,大大扩展了"熵"的应用范围。未来,"熵"能涵盖的领域还将会进一步扩展。
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