熵与人体
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生命的意义在于熵减生命的意义在于熵减生命是地球上最复杂、最神奇的现象之一。
虽然科学家们对于生命的起源和本质仍然存在争议,但有一种观点认为,生命的存在是为了推动熵减。
熵是热力学里的一个概念,意味着无序度或混乱程度。
在自然界中,熵总是趋向于增加,即物质和能量的分布趋于更为均匀和无序。
生命的存在似乎违背了这个趋势,它在减少熵的过程中创造和维持了有序性。
生命体是高度有序的系统。
无论是一个微小的细胞还是一个复杂的生态系统,生命体都展现出了精密的结构和调节机制。
细胞通过遵循基因组中的指令来维持自身的结构和功能,而生态系统通过食物链、生态平衡等方式维持其稳定性。
这些机制的共同点在于它们都旨在减少系统的无序度,即熵。
生命的存在可以被看作是一个自发的、自组织的过程,其目标是创建和维持一个相对稳定和有序的状态。
这种有序性不仅体现在内部结构上,也体现在与外部环境的关系上。
生命体通过吸收外部能量和物质来维持其生存,同时将废物排出体外。
这个过程本身就是熵减的过程,因为能量和物质在被生命体利用的过程中被重新组织和利用,使其分布变得更有序。
除了维持内部有序性,生命体还通过进化的过程逐渐提高其自组织的能力。
进化通过自然选择和基因突变的机制使得生命体的结构和功能逐步优化,以适应环境中的压力和挑战。
这种优化过程也可以被看作是熵减的一种形式,因为它使得生命体的结构和功能更加有序和适应环境。
生命的存在不仅仅是为了推动熵减,还与宇宙的演化过程有着密切的联系。
宇宙在大爆炸后也经历了一个熵增的过程,从一个极其有序和高能量的状态逐渐演化为一个熵较高和低能量的状态。
而生命的出现恰恰是在宇宙最不稳定和熵最高的时期。
生命体的存在可以被看作是宇宙演化向着更高有序和稳定状态进化的一种方式。
生命的意义在于熵减,即通过自组织和进化的力量创造和维持有序性。
生命的存在使得无序的自然界变得有序和相对稳定,使得物质和能量在被重组利用的过程中减少熵的增加。
生命的出现是宇宙演化的重要一环,它推动着宇宙向着更高有序和低熵的状态前进。
熵减定律对人生的意义
熵减定律(熵守恒定律)是统计热力学中最重要的原理,它被经典力学科学家引进生活,发现它在人的生活中也有着重要的哲学意义。
它强调的是变化必然逐渐变小,异化逐渐变为同化,熵减是宇宙能量的趋势。
将熵减定律应用到人的生活中,就是有意的去消除烦恼,有意的去贴近本质,有意的使自己的潜能得到有效的开发,取得实实在在的改变,这在所有人的生活中都是可以实践的。
当要追求秩序取代危言与混乱时,那就是熵减的本质;当要从野心勃勃中引发凝散思维而出没烦恼时,那是熵减的本意;当要调节自身的情绪,将涡忙的情绪翻江倒海之乱变得更加明朗时,那是熵减的新颖范畴;当对于自身与他人之间的状态有清晰的界线时,也是熵减定律起到了作用。
熵减定律,让我们在丰富多里的事件和世界里,明确知道什么是本质,什么是紊乱,追求秩序、凝散思维、调节情绪,使忙碌并不绝望,不在意细枝末节就可以获取更多的成功效果,工作生活无穷无尽,但依然可以获得它所带给的馈赠,这也让我们的生活更加有意义。
熵减定律,也让人们明白,只有把注意力紧贴本质,不挂心于太多名利场,才能把自身的能量最大化。
生活充满着充沛的事物,众多的变化,看的特别晕乎,想追求的太多,又觉得身不由己。
按照熵减定律,观念要变,做出一次变化,就可以发现,原来它们只是表面上的无意义变化,本质上他们都是相似的。
熵减定律从物理学走向生活,它给人们在追求进取中,提供了一条新的方向。
我们要去追求变化又带给我们新的秩序,不在乎看起来多么艰难,只要坚持理解本质,去淡化一切,就一定能取得意想不到的成果。
熵减定律代表了转变的可能,让我们的生活变的有意义,并取得成功。
人体中的熵增原理
人体中的熵增原理是指人体内的熵(无序程度)随着时间的推移而增加,即人体不断地从有序走向无序,最终导致衰老和死亡。
这个原理是基于热力学第二定律,即在一个封闭系统中,熵总是增加的,无法逆转。
人体是一个开放系统,通过与外界交换能量和物质来维持生命活动。
然而,这个过程并不是完全可逆的,因此人体内的熵不断增加。
随着熵的增加,人体的组织器官逐渐失去功能,最终导致死亡。
人体中的熵增原理与年龄相关。
随着年龄的增长,人体内的熵不断增加,导致组织和器官逐渐失去功能。
同时,人体内的熵也与健康状况相关。
良好的健康状况可以减缓熵的增加速度,而疾病和不良的生活习惯则会使熵增加得更快。
为了减缓熵的增加速度,人们需要保持健康的生活方式,包括合理的饮食、适量的运动、充足的休息和避免不良的生活习惯等。
通过这些措施,人们可以保持身体健康,延缓衰老的过程。
熵指数在icu的应用
熵指数在ICU(重症监护室)的应用是指利用熵指数来评估患者的生理状态和疾病严重程度。
熵指数是一种复杂的生理学参数,它可以通过监测心率变异性、呼吸变异性和血压变异性等生理信号的变化来反映自主神经系统的活动和整体生理状态的稳定性。
在ICU中,熵指数可以作为一种辅助监测手段,帮助医护人员更全面地了解患者的生理状况,及时发现患者可能存在的风险和并发症。
首先,熵指数可以用于评估患者的自主神经系统功能。
自主神经系统在调节心血管、呼吸和消化等生理功能方面起着重要作用。
通过监测心率变异性和呼吸变异性,熵指数可以反映自主神经系统的活动情况,帮助医护人员及时发现患者可能存在的自主神经功能失调,如交感神经过度活跃或者抑制。
其次,熵指数还可以用于评估患者的整体生理状态。
熵指数可以综合评估心率、呼吸和血压等生理信号的变化,从而反映患者的生理紊乱程度。
在ICU中,患者的生理状态可能会发生急剧变化,而熵指数可以帮助医护人员及时发现这些变化,及时采取相应的治疗措施,以避免病情恶化。
此外,熵指数还可以用于评估患者的预后和疾病严重程度。
一些研究表明,熵指数与患者的预后和疾病严重程度密切相关。
通过监测熵指数的变化,医护人员可以更准确地评估患者的病情,制定更合理的治疗方案,提高患者的治疗效果和生存率。
总之,熵指数在ICU的应用可以帮助医护人员更全面地了解患者的生理状态和疾病严重程度,及时发现患者可能存在的风险和并发症,提高患者的治疗效果和生存率。
然而,熵指数作为一种辅助监测手段,其应用还需要进一步的临床研究和验证,以确保其准确性和可靠性。
熵与生命的关系熵的定义:表示物质系统状态的一个物理量(记为S),它表示该状态可能出现的程度。
在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。
孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。
定义2:热力系中工质的热力状态参数之一。
在可逆微变化过程中,熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比,可用于度量热量转变为功的程度。
熵指的是体系的混乱的程度,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。
熵由鲁道夫·克劳修斯提出,并应用在热力学中。
后来在,克劳德·艾尔伍德·香农第一次将熵的概念引入到信息论中来。
按照一些后现代的西方社会学家观点,熵的概念被其移植到社会学中。
表示随着人类社会随着科学技术的发展及文明程度的提高,社会“熵”——即社会生存状态及社会价值观的混乱程度将不断增加。
按其学术观点,现代社会中恐怖主义肆虐,疾病疫病流行,社会革命,经济危机爆发周期缩短,人性物化都是社会“熵”增加的表征。
现在让大家看看我在网络中看到的熵与生命有着何种联系,下面是我看到的一篇论文中的部分内容,自我感觉它写的很好:1 熵理论的宏观意义及其与生命体系的关系生物体最基本的特征之一是物质代谢,伴随着物质代谢所发生的一系列能量转变即能量代谢,是生物体基本特征的另一方面。
生物系统不断地从周围环境中摄取物质,经一系列生化反应合成、转变成自身需要的组分,又将原有的组分通过一系列生化反应变为废料,排出体外,并伴有能量变化。
熵作为一种状态函数,其改变值可正可负,所谓负熵是指生命通过各种能量交换传递使体内或局部熵减小。
熵与生命一个健康的生物体是热力学开放系统,基于处于非平衡态的稳态。
生物体内有血液流动、扩散、各种物质生化变化等不可逆过程发生,体内熵产生ds/dt>0.对人体而言,摄入的食物是蛋白质、糖、脂肪,是高度有序化、低熵值得大分子物质,排出的废物是无序的、高熵值的小分子物质。
保持d e s<0,以抵消机体内不可逆过程引起的熵产生d i s>0,以维持生命。
自然界并没有负熵的物质。
熵是物质的一种属性,可将物质区分为高熵和低熵物质。
生命的基本特征是新陈代谢,从熵的角度看新陈代谢实际上是生命体汲取低熵、排出高熵物质的过程。
动物体摄取的多糖、蛋白其分子结构的排列是非常有规则的,是严格有序的低熵物质,而其排泄物却是相对无序,这样就引进了负熵流。
植物在生长发育的过程中离不开阳光,光不仅是一种能量形式,比起热是更有序的能量,也是一负熵流。
当系统的总熵变小于零时,生命处在生长、发育的阶段,向着更加高级有序的结构迈进。
当总熵变为零时,生命体将维持在一个稳定、成熟的状态,而总熵变大于零的标志则是疾病、衰老。
疾病可以看作是生命体短期和局部的熵增加,从而引起正常生理功能的失调和无序,治疗则是通过各种外部力量干预机体,促进吸纳低熵、排出高熵。
生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化,也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化,这是一个熵减的方向,与孤立系统向熵增大的方向恰好相反,可以说生物进化是熵变为负的过程。
衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加,也就是说随着生命的衰老,生命系统的混乱度增大,原因应该是生命组织能力的下降造成负熵流的下降,生命系统的生物熵增加,直至极值而死忙,这是一个不可抗拒的自然规律。
李宏柳1333101513药升(1)班。
熵增定律对个人成长的启发“熵增定律”是物理学家费米所提出的一种微观热力学定律,它得到了广泛的应用,而且其中的美好思想也可以用于个人成长。
熵增定律可以告诉我们,开放的系统的熵总是在增加。
在人类的个人成长中,也可以将这一定律应用,那么什么是个人熵呢?以及“熵增定律”给人类成长提供了什么帮助?个人熵是指一个人精神上的复杂程度,包括知识、情感、精神等。
这些都是在不断发展和改变的,人们越具备更多领域的知识,越能够把自己的精神水平提高,进行深层次和更全面的思维,从而拓宽了自己的人生视野,有助于人们扩大视野,对自身的个人成长大有裨益。
“熵增定律”的核心思想就是“开放的系统的熵总是在增加”,费米把这个定律描述为“自然界的熵总是在增加”。
这一定律的意义深刻,它提醒我们要拓宽自己的知识视野,促进精神上的发展。
在个人成长的过程中,“熵增定律”可以成为一个很好的启发,推动我们及时地改变和学习,以保持人类的进化。
为了得到熵增定律所提供的指引,让自身在个人成长方面不断走向更高的水平,首先我们应该充实自己的知识储备,尽可能广泛地阅读、学习和研究,从历史、文化、哲学等多个方面积累知识,能够让我们更好的掌握和理解未知的知识,开阔自身的思维,拓展自己的知识视野。
另外,我们还要不断记录自己的思想,我们要经常反思自己,检查自己是否理解了概念,并不断地向前推进,去探索未知的思想。
记录自己的思考,使自己对知识有更深刻的理解,进而拓展自己的视野,提高自己的思维能力。
最后,我们要不断行动起来,将获得的知识实践出来,从而及时获得反馈和发现失误,从这些错误中吸取经验教训,进而改进自身的行为,进而发展,并不断提高自身的个人成长水平。
在熵增定律的思想指导下,不断地阅读、思考、实践,将有助于提高我们的个人熵,有助于提升我们的个人成长水平。
综上所述,“熵增定律”对个人成长有重要的启发作用,它提醒我们要拓宽目光,重视精神上的发展,吃苦耐劳,不断学习,在个人成长过程中,努力收获和实践,这样才能成为更好的自己。
熵指数在icu的应用全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:熵是一种用来描述系统无序程度的物理量,而在医学领域中,熵指数是一种可以用来评估患者病情严重程度的指标。
在重症监护室(ICU)中,熵指数的应用能够帮助医护人员更好地了解患者的生理状态,提高监护质量,及时干预,减少并发症发生率。
ICU是一种医疗部门,致力于监护和治疗病情危急的患者。
患者在ICU中经常需要接受各种监测和治疗,而医护人员需要通过患者生理数据来判断患者病情的严重程度,及时进行干预。
熵指数是指在一定温度下,系统内部微观状态变化所造成的不确定性的度量,它可以反映出系统的无序状态和混乱程度。
在ICU中,熵指数可以通过患者的生理数据计算得出,比如血压、心率、呼吸频率等指标。
熵指数在ICU中的应用主要体现在以下几个方面:1. 判断病情严重程度通过监测患者的熵指数,医护人员可以更准确地了解患者的生理状态。
熵指数越高,说明系统内部的混乱程度越高,代表患者病情越严重。
医护人员可以根据熵指数的大小来判断患者的病情严重程度,及时调整治疗方案,确保患者能够得到有效的救治。
2. 指导治疗决策在ICU中,患者的病情往往非常复杂多变,需要医护人员在短时间内做出正确的治疗决策。
熵指数可以为医护人员提供一个客观的评估指标,帮助他们更好地了解患者的生理状态,指导治疗决策。
比如当熵指数较高时,可能需要及时加强对患者的监护和治疗,以防病情恶化。
3. 预测并发症发生率熵指数可以帮助医护人员预测患者可能会出现的并发症,提前采取相应的措施进行干预。
比如熵指数较高的患者可能更容易出现感染等并发症,医护人员可以通过监测熵指数的变化来提前预警,并及时进行预防性治疗,降低并发症的发生率,提高患者救治成功率。
第二篇示例:熵指数是一种用来衡量系统无序程度的物理量,广泛应用于物理、化学、生物、经济等领域。
近年来,熵指数在医学领域的应用也越来越受到重视,特别是在重症监护室(ICU)的应用方面。
人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生”"人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生"——薛定谔《生命是什么》人体本质上是物质,所以人和社会的一些规律也遵循物理学定律。
热力学第二定律:一个孤立系统的熵总是增加的,并且将两个系统连接在一起时,其合并系统的熵大于所有单独系统熵的总和。
熵即是指一个系统的无序度。
早在1947年薛定鄂就曾高瞻远瞩地指出了熵增过程也必然体现在生命体系之中(Schrodinger 1947)。
人体是一个巨大的化学反应库,生命的代谢过程建立在生物化学反应的基础上。
从某种角度来讲,生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵减的能力。
在人体的生命化学活动中,自发和非自发过程同时存在,相互依存,因为熵增的必然性,生命体不断地由有序走回无序,最终不可逆地走向老化死亡。
如果物理学只能留一条定律,我会留熵增定律。
说这句话的人叫吴国盛,清华大学的科学史系主任。
虽然你可能会反驳这个观点,难道不是牛顿的力学和爱因斯坦的相对论吗?模型君也很迷惑,但是吴教授能说出这番话绝对不是无的放矢,不管对与不对,都可见熵增定律的分量。
无独有偶,吴军也说过类似的话。
如果地球毁灭了,我们怎么能够在一张名片上写下地球文明的全部精髓,让其他文明知道我们曾有过这个文明呢?吴军老师给出的答案是三个公式:1 1=2(代表了数学文明)E=mc?(爱因斯坦的质能方程)S=-∑ P ln P(熵的定义)▲来自得到薛定谔在《生命是什么》中也说过类似的话「人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。
」爱丁顿爵士也曾说:“我认为,熵增原则是自然界所有定律中至高无上的。
如果有人指出你的宇宙理论与麦克斯韦方程不符,那么麦克斯韦方程可能有不对;如果你的宇宙理论与观测相矛盾,嗯,观测的人有时也会把事情搞错;但是如果你的理论违背了热力学第二定律,我就敢说你没有指望了,你的理论只有丢尽脸、垮台。
”(注:爱丁顿说自己是除爱因斯坦之外,世界上唯一一个真正懂相对论的科学家,虽然看起来有点能吹,但应该也挺牛)那么问题来了,什么是熵增定律?为什么它如此重要?它到底对我们有什么巨大影响?以至于能够让好多人一下子顿悟。
熵原理在个人成长中的应用熵原理的基本概念•熵是一个在物理、化学和信息学领域中常用的概念。
•在热力学中,熵是系统无序程度的度量。
•在信息学中,熵是信息的缺乏程度或者混乱程度的度量。
•熵原理表明,自然界中的系统总是趋向于无序和混乱。
熵原理在个人成长中的意义个人的成长过程也可以用熵原理来理解和解释。
以下是熵原理在个人成长中的应用:1.舒适区的问题:熵原理告诉我们,能量会自发地流向更加无序和混乱的状态。
同样地,个人在舒适区内很容易陷入惰性状态,无法实现个人的成长和发展。
为了个人的成长,我们需要跳出舒适区,面对新的挑战和机遇。
2.学习的重要性:根据熵原理,系统总是趋向于无序和混乱。
同样地,个人如果停止学习和提升,就会逐渐失去竞争力,无法适应社会的不断变化。
因此,学习是个人成长的关键。
不断学习和充实自己的知识储备,可以提高个人的竞争力和适应能力。
3.积极面对挫折:熵原理告诉我们,系统总是趋向于无序和混乱。
在个人成长过程中,遇到挫折和困难是不可避免的。
但是,正是这些挫折和困难使个人变得更加坚强和成熟。
面对挫折时,积极应对,寻找解决问题的方法,可以帮助个人克服困难,继续向前。
4.设定目标和计划:为了个人成长,我们需要设定明确的目标和制定详细的计划。
熵原理告诉我们,系统总是趋向于无序和混乱。
如果我们没有明确的目标和计划,就像没有航向的船只,很容易迷失方向。
设定目标和制定计划可以帮助我们清晰地了解自己想要达到的状态,为个人成长提供指导。
5.持续改进和反馈:熵原理告诉我们,系统总是趋向于无序和混乱。
如果我们停下来不再努力,就会逐渐失去竞争力。
个人的成长是一个持续改进的过程。
我们需要不断地反思和总结经验教训,找到自身的不足之处,并采取措施进行改进。
总结熵原理在个人成长中的应用可以帮助我们更好地理解个人成长过程的本质。
通过跳出舒适区,不断学习,积极面对挫折,设定目标和计划,以及持续改进和反馈,我们可以实现个人的不断成长和发展。
熵与人体摘要:熵是一个古老而又年轻的概念,虽然教材上内容不多,但它有极强的生命力及非常广的应用。
本文首先补充了如耗散结构、负熵等关于熵的一些热力学概念以及从热力学第二定律推导出的应用于生物体的两个公式,然后对熵与人的疾病(如感冒、肿瘤)、衰老、生、死等现象的关系做出了一些浅显的说明。
关键字:熵人体熵变1864年,根据热力学第二定律,法国物理学家克劳修斯在《热之唯动说》一书中,首次提出一个物理量和新的态函数——熵。
1877年玻耳兹曼从现微观角度对熵做出了统计解释,首次提出了熵公式S=klnΩ, 1943年,薛定谔在《生命是什么》一书中首先提出了负熵的概念,指出有机体是依赖负熵为生。
从此,生命与熵进入了众多科学家研究的视野。
一.熵变概念的拓展:①耗散结构:对于一个热力学过程,其熵变为dS=dQ/T.如果过程是不可逆的,则dS>0. 在如何阐明生命有机体自身的进化过程时提出了耗散结构的概念。
耗散结构是指当体系处于非平衡时,通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持的一种稳定化了的宏观体系结构。
它突破了热力学定律只适用孤立系统的限制,将其运用到开放系统。
一个正常的生命体现可视为一个处于非平衡的开放系统,即是一个耗散结构。
在开放系统中, 普利高津(Pringogine)将熵变写成dS=diS+deS(1) diS表示系统内不可逆过程导致的熵产生,deS表示熵流。
热力学第二定律指出,diS恒为正,是熵变的正增量。
deS可为正,也可为负。
对于孤立系统,des=0,热力学第二定律可写成dS=diS≥0;对于开放系统,当deS为负值(负熵流)且|deS|>|diS|时,则有dS=diS+deS≤0,即负熵流可使总熵减少,由相对无序状态向相对有序状态发展;若dS=0,有diS=-deS,系统处于有结构的平衡状态。
②负熵:Ω是无序的度量,它的倒数1/Ω可以作为有序的一个直接度量,玻尔兹曼的方程式还可以写成这样:-S=kln(1/Ω),即负熵。
生命与熵的关系1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵,熵是热力学系统的态函数,在绝热系统中熵变永远不会为负。
统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。
20 世纪60 年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论(把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构),将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。
熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念。
这种广义熵的提出, 阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性。
各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。
根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。
引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。
本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型, 用以描述生命过程的熵变。
1 生命的自组织过程中的公式模拟一个无序的世界是不可能产生生命的,有生命的世界必然是有序的。
生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化,也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化,这是一个熵减的方向,与孤立系统向熵增大的方向恰好相反,可以说生物进化是熵变为负的过程,即负熵是在生命过程中产生的。
但是生命体是"耗散结构",耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系,通过与外界交换物质和能量,在一定条件下,可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态,这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。
生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵,可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。
生物进化是个熵变为负的过程,即负熵是在生命过程中产生的。
⼈体熵,你不可不知的健康底层逻辑熵是⼀个物理学概念,也是⼀种普遍适⽤的世界观,可以让我们更加正确地看待⾃⼰、周围的⼈和世界。
熵理论让维护健康的⽅向变得清晰,不会轻易上当受忽悠,⼈⽣也会更加豁然开朗。
什么是熵理论我们简单回顾⼀下熵理论:热⼒学第⼀定律:能量是守恒的,能量可以互相转化,⽽不会消失。
热⼒学第⼆定律:能量可以转化,但是不能100%转化,即在转化过程中总是有⼀部分能量会被浪费掉。
有效能量是可以被转化、利⽤的能量,⽆效能量是⽆法再转化、利⽤的能量,⼜称为熵。
热⼒学的两个定律可以⽤⼀句话来表达:宇宙的能量总和是个常数,总的熵是不断增加的。
如果没有外部能量输⼊,封闭系统趋向越来越混乱,即熵越来越⼤;如果要让⼀个系统变得更有序,必须有外部能量的输⼊。
1943年,薛定谔在《⽣命是什么》⼀书中⾸先提出负熵的概念,指出有机体是依赖负熵为⽣的。
1970年代,⽐利时科学家普利⼽津提出了耗散结构理论,即在特定的条件下,在⽆序环境中可以⾃然形成⼀种新的、稳定的有序结构。
⼀个由⽆序⾛向有序的负熵系统,通常被称为⾃组织系统。
虽然⾃组织系统内部是负熵的,但其条件是外部恒定的施加了能量、物质或信息。
⼈体熵概念的提出⼈体也是⼀个热⼒学系统,其⽣命活动依赖于物质和能量的耗散,按热⼒学第⼆定律,孤⽴的系统总是⾃发地向混乱度增⼤的⽅向变化,熵在不断增加;在⼈体中,熵是⽣命活动中能量转化已经完成的程度,或是能量不能再被⽣命活动所利⽤的程度。
⾃然界演化是从有序到⽆序,⼈体的健康也遵循这⼀定律,由完整有序、可控的健康状态到散架⽆序、失控的不健康(伤病和亚健康)状态。
由此,我们提出⼈体熵的概念,⼈体熵代表⼈体的健康程度:⼈体熵越低代表健康程度⾼,⼈体熵⾼代表健康程度低。
⼈体熵增表现从疲乏、精⼒涣散、精神萎靡到容易受伤如⾛路崴脚、运动发⽣损伤,容易感冒;从先是⾝体某⼀处不适、酸胀乃⾄疼痛,⼀忍再忍然后连锁反应,发展到腰酸背痛,直到最后⾝体要散架了;从发胖,变得油腻,到发⽣慢性病,如⾼⾎压、冠⼼病、糖尿病、痛风、癌症等等,甚⾄最终发展为癌症;也可以表现为⼼理问题如忧伤、沮丧、压⼒等等。
一、熵及其对人类疾病和衰老的影响熵,是德国物理学家于1865年所提出的一个物理量,即热力学系统的状态函数,也是四大热力学定律中的第二定律的另外一种表达形式。
热力学第一和第二定律(即能量守恒与转换定律)并称为放之四海皆准的物理学定律和自然规律。
最初,熵是根据热力学第二定律导出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量和规律:在孤立系统中,体系与环境没有能量交换,体系总是自发地向混乱度增大或者说是能量失去做功能力的方向变化,使整个系统的熵值增大,直至达到最大熵值,但系统的总能量并无变化(符合能量守恒的热力学第一定律)。
这就是熵增定律或熵原理,也即热力学第二定律的内涵。
熵增原理告诉人们,宇宙万物包括生命体在内都具有同样的归宿,那就是从其诞生之日起,便在一个转折点上开始向消亡的终结点发展,即其熵变的发展方向或趋势都是,也只能是不可逆的熵增过程(即从有序走向无序),没有例外,只有熵增速率之不同而已!但是,熵增法则在生命系统与非生命系统之间有一个重要的不同点,那就是生命系统有能力在一定的时期内和一定的条件下阻止熵增进程,甚至逆熵增过程而发生熵减。
当将熵概念应用于生命系统时,无序状态意味着机体各层次结构的退化。
例如,蛋白质、DNA和RNA等大分子的错误折叠或变形,或组织和器官的破坏。
由于熵增而导致的“丧失做功能力”是指分子、细胞、组织或器官的生理功能下降或丧失。
生命系统即有机体在发育过程中(如发育和生长的早期阶段)和在特定条件下(即给予足够的营养摄入、有效的代谢活动、强大的自我防御能力和自愈能力),具有逆转熵增的能力。
这是因为,作为一个远离平衡的、具备高度有序耗散结构的开放系统,有机体可以与周围环境交换物质、能量和信息,从而获得“负熵”(即减少机体的无序性)来对抗熵增加;同时,开放系统还能够将体内所产生的热熵释放到环境中,使机体系统进入熵减过程,用于抵消机体自身的熵增,并使自身的无序状态转变为一种在结构和功能上有序的非平衡状态,从而维持生命。
生命的意义在于对抗熵生命的意义在于对抗熵熵(entropy)是一个来自物理学和热力学领域的概念,可用于表示系统的无序程度。
熵增加意味着系统的无序程度增加,而熵减少则表示系统的有序程度增加。
生命的存在似乎与熵减少有着密切的关系,这也引发了生命的起源和意义的许多哲学思考。
生命是一个充满秩序和有机结构的系统。
无论是细胞、生物体还是生态系统,生命都表现出了高度的组织、调控和适应能力。
与此同时,生命也与熵增加的自然趋势相抗衡。
尽管熵增加是宇宙的基本规律,但生命通过利用能量、消耗物质和维持自身的稳态,可以减少周围环境的熵,并维持自身系统的有序状态。
从热力学角度来看,生命维持自身的有序状态需要大量的能量输入。
生物体通过新陈代谢过程将能量储存起来,并将其转化为维持生命所需的有序结构和各种功能活动。
例如,植物通过光合作用将太阳能转化为有机物,维持自身的生长和繁殖;动物通过食物链将能量从一个有机体转移到另一个有机体,同时消耗能量来进行运动和维持生命活动。
生命对抗熵,不仅仅是为了自身的维持,更是为了拓展生命的领域和繁衍后代,进一步减少周围环境的熵。
生物体还通过控制和调节物质交换来维持内部秩序和稳态。
生命系统内部存在着复杂的调控网络和反馈机制,保持各种物质和能量的平衡。
细胞通过细胞膜的选择性通透性和各种酶的调节,维持内外物质的流动和离子的浓度平衡;生物体通过呼吸、排泄和代谢过程,排出废物和维持体内各种物质的平衡。
通过这些调控和控制机制,生命系统有效地减少了外部环境的熵输入,保持了自身的稳定有序状态。
除了在自身体内对抗熵外,生命还通过生态系统的建立和维持来对抗熵增加。
生态系统是由各种生物体和非生物要素相互作用和相互依赖形成的复杂网络。
生物体通过食物链相互依赖,形成营养循环和能量流动,在整个生态系统中减少熵的产生和增加有序结构的形成。
例如,植物为动物提供食物和氧气,动物排出二氧化碳和废物,形成了气候条件和土壤环境中的熵减少过程。
熵与人体摘要:熵是一个古老而又年轻的概念,虽然教材上内容不多,但它有极强的生命力及非常广的应用。
本文首先补充了如耗散结构、负熵等关于熵的一些热力学概念以及从热力学第二定律推导出的应用于生物体的两个公式,然后对熵与人的疾病(如感冒、肿瘤)、衰老、生、死等现象的关系做出了一些浅显的说明。
关键字:熵人体熵变1864年,根据热力学第二定律,法国物理学家克劳修斯在《热之唯动说》一书中,首次提出一个物理量和新的态函数——熵。
1877年玻耳兹曼从现微观角度对熵做出了统计解释,首次提出了熵公式S=klnΩ, 1943年,薛定谔在《生命是什么》一书中首先提出了负熵的概念,指出有机体是依赖负熵为生。
从此,生命与熵进入了众多科学家研究的视野。
一.熵变概念的拓展:①耗散结构:对于一个热力学过程,其熵变为dS=dQ/T.如果过程是不可逆的,则dS>0. 在如何阐明生命有机体自身的进化过程时提出了耗散结构的概念。
耗散结构是指当体系处于非平衡时,通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持的一种稳定化了的宏观体系结构。
它突破了热力学定律只适用孤立系统的限制,将其运用到开放系统。
一个正常的生命体现可视为一个处于非平衡的开放系统,即是一个耗散结构。
在开放系统中, 普利高津(Pringogine)将熵变写成dS=diS+deS(1) diS表示系统内不可逆过程导致的熵产生,deS表示熵流。
热力学第二定律指出,diS恒为正,是熵变的正增量。
deS可为正,也可为负。
对于孤立系统,des=0,热力学第二定律可写成dS=diS≥0;对于开放系统,当deS为负值(负熵流)且|deS|>|diS|时,则有dS=diS+deS≤0,即负熵流可使总熵减少,由相对无序状态向相对有序状态发展;若dS=0,有diS=-deS,系统处于有结构的平衡状态。
②负熵:Ω是无序的度量,它的倒数1/Ω可以作为有序的一个直接度量,玻尔兹曼的方程式还可以写成这样:-S=kln(1/Ω),即负熵。
负熵的来源有两类:一类是“有序来自无序”即有机体吸收外界无序经过加工变为自身有序,这就是所谓“加工成序”,如氧气。
另一类是“有序来自有序”即将从外界获得的秩序进行同化变成自身的秩序,这就是所谓“同化成序”,如,碳水化合物、液态水等。
有机体生成过程就是从外界吸收这些低熵物质并消耗以满足正常生命活动和脑力活动需要,同时产生大量废渣等高熵物质,如CO2:、尿、汗及其他排泄物,以此来与熵增作斗争。
③熵具体应用于生物体根据开放系统的热力学理论可以算出,其熵变ΔS=ΔQ/T- μjΔeNj/T- μjΔiNj/T(2).式中,ΔQ代表生命系统与外界环境交换的总热量,ΔeNj代表生命系统与外界所交换的第j种组元物质的摩尔数,ΔiNj代表生命系统内部各种生化反应所引起的第j种组元物质摩尔数的增加,μj为第j种组元物质的化学势,T为生命系统(人)的温度。
如果我们用ΔQ吸表示生命系统从外界吸收的热量,用ΔQ放表示生命系统向外界放出的热量;用S0表示生命系统在某一时刻的定态熵,S表示生命在其后任意时刻的定态熵,则系统与外界交换的热量ΔQ=ΔQ吸-ΔQ放,系统的熵变ΔS=S-SΔQ吸T-ΔQ放T-μjΔeNj/T-μjΔiNj/T(3)。
0=二、熵与人体生命有机体不断与周围环境进行物质与能量的交换,通过新陈代谢从外界吸收低熵物质,并将其消耗以满足正常生命活动的需要,同时产生大量的高熵物质,使得机体系统的总熵变小于零(dS<O),从而生命机体处于协调、有序状态,以维持生命或者是减缓熵增以延缓衰老。
当|deS|>|diS|时,ΔS<0,系统总熵变小,系统从一定的有序结构上升到更高的有序结构,在生命体中就是生命的发育、生长过程;若dS=0,即diS=deS,系统处于有结构的平衡状态,可以理解为人等生物的青壮年时期,在总体上熵值没有大的变化,处于平衡时期;而当diS>deS时就可以理解为是人体的老年时期,ΔS>0,系统总熵值不断增大,人也不断衰老;而当S达到最大时,整个生命体呈现出高度无序性,系统高度混乱,人也就不可避免的面对死亡。
如果生命系统出现短期或局部的熵积累过多,使得系统的熵变ds>0,便出现了短期或局部的混乱、无序状态,这就是生病。
(1)熵与疾病①熵与感冒感冒有两类:一类是受凉感冒,人在剧烈活动时体内新陈代谢加快,产生比正常情况下更多的热,人呼吸加速,皮肤的毛孔也张开加速向外排热,以维持系统总熵不增加。
如果这时突然受凉皮肤就会把这一感觉传给大脑,大脑指挥身体产热暖肤,同时又令毛孔收缩,阻止体内热量排出,这样体内原来产生的熵不能排出,又产生了新的熵使体内积熵大大超过正常值造成Δ s>0,系统的无序增加出现紊乱就有可能发生感冒,表现为头晕眼花、四肢无力等症状;另一类是受热感冒,人在高温环境下工作时间过长,由于环境温度较高,人的代谢加快产生较多的熵,同时由于环境温度高于人体较多使人体向外排熵困难,长时间在这种高温环境下人体内积熵增加(Δs>0)就出现了头晕、恶心等感冒症状,这类感冒也叫中暑或热感冒。
再如内热、上火等都是由于体内熵增多、排熵不畅而引起的“熵病”。
人体具有自我调节机能。
热力学理论可以导出单位时间内通过辐射体单位面积辐射出的热(熵)与温度的三次方成正比,也就是说体温越高排热成三次方加快,有利于人恢复到ΔS≤0的状态,因此发烧可以理解为人体自动加快排熵的现象。
感冒起因是因为人体系统△S>0,治疗是为了使系统熵不增加或减少即△s≤0。
如中医的原则是“发热清汗”(排熵),而西医则是用药物“灭菌消炎”(增加负熵)。
从熵的角度来看,二者实质相同,都是为了“清除积熵”。
至于护理则要在饮食方面应多吃一些易于消化的(高能低熵)食物:以葡萄为例,其ΔS=-585.8J/(mol·k)。
要多喝水,液态水不具有化学能,但具有较高气化热(18cal/mol·k)且能将废物溶解变为高熵物质排出体外,带出大量熵。
当然,预防是主要的,我们发现许多微量元素的ΔS都小于零,如Ca2+的ΔS=-53.1 J/(mol·k),Fe2+的ΔS=-138J/(mol•k),Zn2+ 的为-112 J/(mol·k),Mg2+的为-138.1 J/(mol·k),这也可以从一方面帮助理解为什么微量元素能在人体中起到的保障人体正常运转、防病等重要作用。
由此看来我们虽然没有意识到熵减的概念,但却在生活中进行着熵减的行为,这正符合热力学指导的作用。
②熵与肿瘤肿瘤在人体内的发生、扩散是导致了人体混乱度的增大,熵值的增加。
肿瘤的发生、癌细胞的扩散改变了人体的熵平衡循环状态,加速了人体的熵增速率, 缩短了机体的生命周期,人体在短期内就达到了最大熵值负荷状态,即生命停止代谢。
越恶性的肿瘤,使人体的混乱度的增加越大。
肿瘤是通过非自发反应从人体中得到负熵同时释放正熵来增大人体熵值的。
因为假设肿瘤的发生是自发的,而常人所有细胞内都有原癌基因,这意味着肿瘤在人体内发生的可能性为百分之百,这显然是不正确的。
我们知道:化学致癌剂、物理性因素、紫外线、辐射、病毒等因素会诱导肿瘤的发生,即需要外界环境能量与体系发生作用,而不是自发发生。
因此,肿瘤的发生是非自发形成的,其结果是熵值减小,即S肿瘤细胞<S正常细胞。
由于一个系统熵的损失会受到环境的补偿,肿瘤细胞是在人体内发生物质能量交换,人体这个系统就相当于肿瘤细胞的外部环境。
正是由于肿瘤细胞的熵减小,而导致了人体这个总系统熵的增加为代价来承担,即内部系统的熵越小,则外部环境的熵增就越大。
所以说肿瘤的发生总的熵增都得由人体来承受。
同时也可看出:越恶性的肿瘤,熵值越小,与系统分化越明显,而导致人体的熵增也相对越大。
从某中程度上来说,这也就像人类从环境得到负熵维持生命却导致了环境总熵的增大(如全球变暖)。
(2).熵与衰老. 熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程,熵减不可能自发进行的能耗过程,因此熵增具有其不可逆的特性。
当生命进行到一定的阶段时,由于各种组织系统的“自然磨损”,各项功能退化,与外界因交换物质而获得的负熵流变小,而内部的熵产生成分却在不断增加,于是便导致了熵变ΔS的长期缓慢地增加。
人体的熵增是一种长期、缓慢而不可抗拒。
人们只能尽可能地设法降低ΔS的增长速度,放慢衰老的进程。
由式(3)可以看出,有两种办法可望能够达到上述目的:一种是增加μjΔeNj,即吃多一些,吃好一些。
但是同样由于有机体的退化,老人对食物的利用、同化已大不如前,所以吃的太多反而有可能不易消化,多余的食物反而要以废热TΔS的形式耗散掉。
由于废热是以熵ΔS的形式反映出来的,而对于老人,此时机体中某一部分的功能极有可能是受阻的,使这一部分废热的熵增不能及时排出体外,反而在体内积聚,增加人体的熵值。
所以,对于老年人来说,要特别注意饮食适度。
从熵的角度来看,老年人的饮食宜以产热量低、有营养、易消化的清淡食物为好。
同时,由麦克斯韦妖引出的争论得出的结论是信息也是熵,因此我们可以说老人清静、快乐的生活、不为世俗事物所烦恼也是减少熵增、延年益寿的方法。
有个反面例子:诸葛亮鞠躬尽瘁,劳心劳力,于是信息熵非常大,而他吃的又少,即负熵吸入少,结果肯定是熵增,于是他很早就死掉了。
(3).熵与生、死从熵的角度来看,生长就是熵减的现象,是生命系统从一定的有序结构过渡到更高层次的有序结构,从一定的定态熵向更低水平的定态熵过渡,如人从一个一无所知的婴儿长成一个聪明的成年人,他的脑细胞排列更有序了、身体运转也更有序了,即熵变小了。
这只有靠增大负熵流才能办到。
由于人是恒温的,T为常量,因此增大负熵流- μjΔeNj/T的最有效的办法是增加食物的化学势μj及数量ΔeNj。
前者指的是食物的质,它要求食物的有序性要高,要易于为人所“同化”,就是说要富于营养,易于消化。
而后者指的则是食物的量,也就是说要吃饱,吃好。
熵增具有其不可逆的特性,虽然人们想尽办法延缓死亡的到来,但它毕竟不可避免。
当人体的积熵达到最大时,整个机体便会呈现出高度混乱的无序状态,使人体处于热力学的平衡之中。
这时,人体各器官的功能都会因为混乱度极大而丧失,于是人的一生到此终结。
玻耳兹曼曾说:“生物为了生存而作的一般斗争,既不是为了物质,也不是为了能量,而是为了熵”。
死亡大概可以理解为生命在与熵增经过几十年的斗争后最终不可避免的失败了。
三.有人曾经为热力学写了首诗:“热就是工作(功),而工作是该死的东西。
宇宙中所有的热,因为不能再增加,都在逐渐冷下去。
此后,不会再有任何工作了,将是天下太平,永远的休息。
真的吗?真的!老兄,这就是熵,所有这些都是因为热力学第二定律!”虽然热力学第二定律在提出后的一百多年中的发展是相当曲折的,熵理论也还没有发展完善,如“生物体内的混乱度到底如何随着机体衰老不可避免地增加?”就尚有待解决。