现代熵概念

热力学发展简史热力学是研究能量转化和传递的科学，它涉及到热量、温度和能量等概念。

本文将为您介绍热力学的发展历程，从其起源到现代热力学的重要里程碑。

以下是详细的内容：1. 热力学的起源热力学的起源可以追溯到18世纪末和19世纪初，当时科学家开始研究热量和能量的转化。

其中，卡诺是热力学的奠基人之一，他提出了卡诺循环理论，阐述了热能转化的基本原理。

同时，热力学的概念也逐渐形成，人们开始意识到热量和能量之间的关系。

2. 热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它阐述了能量守恒的概念。

根据第一定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量守恒。

这个定律由热力学家朱尔·末耶在19世纪初提出，并被广泛接受。

3. 热力学第二定律热力学第二定律是热力学的另一个重要原理，它描述了热量的自发流动方向。

根据第二定律，热量只能从高温物体流向低温物体，而不能反过来。

这个定律由卡诺和开尔文等科学家在19世纪中期提出，并对热力学的发展产生了重要影响。

4. 熵的概念引入熵是热力学中一个重要的概念，它描述了系统的无序程度。

熵的概念最早由克劳修斯在19世纪中期引入，他认为熵是衡量系统混乱程度的物理量。

熵的引入丰富了热力学的理论体系，并对热力学的发展产生了深远影响。

5. 统计热力学的兴起统计热力学是热力学的一个重要分支，它通过统计方法研究系统的微观状态和宏观性质之间的关系。

统计热力学的发展可以追溯到19世纪末和20世纪初，当时玻尔兹曼提出了分子运动论，并将其应用于热力学的研究中。

统计热力学的兴起为热力学的理论建立提供了新的思路和方法。

6. 热力学的应用热力学不仅仅是一门理论学科，它也有着广泛的应用。

热力学在工程、化学、物理等领域中都有重要的应用。

例如，在能源领域，热力学被用于研究和优化能源转化过程；在化学反应中，热力学可以帮助预测反应的方向和速率。

热力学的应用使得我们能够更好地理解和利用能量转化和传递的规律。

热力学第二定律热力学第二定律是热力学基本定律之一，其内容是系统总是趋向于熵增加。

热力学第二定律的历史热力学第二定律最初由克劳修斯于1854年提出，主要表达了物理系统能量转换的一般方向性。

19世纪末至20世纪初，卡诺、开尔文、普朗克、卡尔德拉-吕逊等人对热力学第二定律进行了深入研究，提出了热力学第二定律的不同表述和推论，推动了热力学理论的发展。

热力学第二定律的核心概念在热力学第二定律中，最核心的概念是“熵（entropy）”。

熵是一个热力学状态函数，表示系统分子在一定温度下所具有的无序运动状态。

进一步解释，熵是指一个系统的无序度，即系统越是无序，其熵也就越大。

熵在热力学方程中通常用S表示。

热力学第二定律的表述熵增定律：在任何一个与世界相隔绝的系统中，熵的总量始终不能减少，只能增加，即∆S≥0（等号成立条件为可逆过程）。

这个定律表明了在一个热力学系统中，随着时间的流逝，不可避免地会不断增加系统的无序度，也就是熵值，即系统越来越不稳定。

另外一个常用的表述是热力学第二定律的饱和定理，它是基于卡诺循环过程得出的结论——不能把热量从低温物体完全转移到高温物体而不进行其他变化。

热力学第二定律的意义热力学第二定律对于宏观自然现象有着很重要的意义。

首先，在能量转换中，热力学第二定律表明能量在不断地转化为无用的热量，这是造成宇宙大趋势中有序性减小、混乱度增加的原因。

其次，热力学第二定律还阐述了自然现象中的时间箭头，即所有时间都是单向的，过去和未来是有区别的，这是自然界中不可逆现象的基础。

总之，热力学第二定律是热力学理论中的重要基础定理，它揭示了自然现象的规律性和不可逆性。

熵增的过程是普遍存在于自然界中的，对于现代物理学和化学的发展有着重要的推动作用。

有趣的“熵增定律”和“耗散结构”1854年，一位叫克劳修斯的欧洲人，首次提出了“熵”的概念，认为“在孤立的系统内，分子的热运动总是会从原来集中、有序的的排列状态逐渐趋向分散、混乱的无序状态，系统从有序向无序的自发过程中，熵总是增加。

当熵在一个系统内达到最大值时，系统就会处于一种能量守恒状态而呈现一种静寂状态”（摘自网文《熵与社会发展》，作者山川若般）。

“熵”是热力学第二定律的核心概念，而热力学第二定律的另一层含义是，随着平衡的呈现，熵的递增是不可逆转的。

也就是说，熵是“时间之矢”（英国天文学家爱丁顿爵士语），时间是有力量的，时间亦是万物永恒的腐蚀剂，时间将所有的人，社会、生物、地球、太阳系以及宇宙引入不可逆的寂灭之路。

正像马克思所言：人从诞生之日起，就已经大踏步地在向着坟墓迈进。

这是恒定的铁律，在科学上被冠以“不可逆的熵增的必然性”。

克劳修斯发现了令人绝望的“熵增定律”，我们无法再去重现那是克劳修斯发现它时的精神状态，但有资料表明，天文学家、文学家和演员的自杀率似乎是最高的，许多西方科学家作为科学家的同时，也是虔诚的宗教徒。

例如天文物理学的奠基人开普勒曾写道：既然天文学家是自然之书最高上帝的牧师，适合我们思考的不是我们智慧的光荣，而是居于一切之上的上帝的光荣；牛顿是经典力学体系的建立者，包括发现万有引力定律、运动三大定律。

他信仰耶稣基督和救世主，晚年写了大量宗教方法的手稿，从年代学和圣经研究到神学阐释；我们必须记住，宗教和科学所处理的事情性质各不相同。

科学所从事的是观察某些控制物理现象的一般条件，而宗教则完全沉浸于道德与美学价值的玄思中。

一方面拥有的是引力定律，另一方面拥有的则是神性的美的玄思。

一方面看见的东西另一方面没有看见，而另一方面看见的东西这一方面又没有看见。

（怀特海《科学与近代世界》）。

理性主义使人类不断摆脱着蒙昧，同时也使人类遭受着从未有过的心灵绝望，就比如“熵增定律”。

1981年，美国出版了一本轰动一时的著作：《熵：一种新的世界观》，从而将熵的概念从自然科学范畴推演到了人类的社会学，有科学家断言：熵增定律最终控制着政治制度的兴盛和衰亡，国家的自由和奴役，商业和实业的命运，贫困和富裕的起源，以及人类总的物质福利。

热力学发展简史热力学是研究能量转化和传递的科学领域，它在工程、物理、化学等多个学科中起着重要的作用。

本文将带您回顾热力学的发展历程，从早期的热学到现代热力学的基本原理和应用。

1. 早期热学的发展早在古希腊时期，人们就开始对热进行探索。

亚里士多德提出了热的四元素理论，认为火、水、土、气是构成物质的基本元素，热是物质的本质。

然而，这种观点并没有提供关于热的定量描述。

17世纪，伽利略和托里切利利用斜面实验研究了物体的滑动摩擦产生的热现象。

这是热学实验的重要里程碑，为后来的研究奠定了基础。

2. 卡诺热机和热力学第一定律1824年，法国工程师卡诺提出了热机理论，他发现热机的效率与工作物质的温度差有关。

卡诺热机成为热力学研究的重要起点。

1843年，热力学第一定律被提出，它表明能量守恒，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不变。

这一定律奠定了热力学的基本原理。

3. 熵的概念和热力学第二定律19世纪末，熵的概念被引入热力学中。

熵是描述系统无序程度的物理量，也是热力学第二定律的核心概念。

熵增原理表明，孤立系统的熵总是增加，自然趋向于无序状态。

热力学第二定律还提出了热力学过程的不可逆性，即热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。

这一定律对于热力学系统的研究和工程应用具有重要意义。

4. 统计热力学的兴起19世纪末，统计热力学的理论开始兴起。

玻尔兹曼和麦克斯韦等科学家通过统计分析，将热力学的宏观规律与微观粒子的行为联系起来。

他们提出了玻尔兹曼方程和麦克斯韦-玻尔兹曼分布律，为热力学的理论建立了坚实的基础。

5. 现代热力学的发展与应用20世纪，热力学的研究逐渐深入，涉及到了更多的领域。

热力学在化学反应动力学、相变研究、材料科学等方面都有广泛的应用。

现代热力学还涌现出了许多重要的理论和定律，如热力学第三定律、吉布斯自由能、熵的统计解释等。

这些理论和定律为热力学的研究提供了更深入的理解和解释。

总结：热力学的发展经历了几个关键阶段，从早期的热学到现代热力学的基本原理和应用。

熵：一种新的世界观导学新概念熵是一个物理学概念，是用来阐明热力学第二定律的。

作者在书中却把这一物理学概念广泛运用于哲学、经济学、社会学、政治学以及西方文化的各个领域。

所以学习文章时，需要注意《熵：一种新的世纪观》一书的诞生背景，还需要对这种新的世纪观有一个总的认识。

里夫金和霍华德的这部书是在1981年出版的，该书对现代科学技术所带来的负面影响作了深刻的分析。

现代科学技术在只有几百年的发展中，为人类带来了高度的文明，从根本上改变了我们这个世界。

与此同时，现代科学技术也使人类陷入种种困境之中，如环境危机、能源危机等。

1972年，马萨诸塞理工学院的丹尼斯·米都斯领导的一个17人小组向罗马俱乐部提交了一份题为《增长的极限》的报告。

该报告指出，人口和经济的增长，必然耗尽世界上不可再生的自然资源，同时污染环境，威胁人类生存。

这一报告在全世界引起了巨大反响。

1981年出版的《熵：一种新的世界观》比《增长的极限》涉及的领域更广泛，意义也更深远。

把熵的概念引入对世界的认识中，远远扩大了它在物理学上的意义。

熵定律不仅适合于地球，而且适合于整个宇宙。

地球上的有效能量有用尽的时候，宇宙的有效能量也有用尽的时候。

有效能量用尽，称之为“热寂”，到那时，一切能量差别都趋向于零，所有有用能量已消耗一空，到处是永恒的死寂。

宇宙正无可挽回地走向死亡。

这就是一种新的世界观。

［资料显示屏］想象把一杯水放在桌子的边缘上。

稍微推一下杯子就会落到地面上去——无疑杯子会被打成许多碎片，水会溅到相当大的面积上，或许会被地毯吸收，还会流到地板的缝隙去。

我们这一杯水在这里只不过忠实地遵循着物理的方程罢了。

牛顿的描述即已足够。

杯子和水中的原子独立地遵守牛顿定律。

现在让我们把这图像在时间的相反方向表演。

由于这些定律的时间可逆性，这些水可以一样很容易地从地毯和地板缝隙中流出，流进一个由许多碎片拼凑而成的玻璃杯中，再整体从地板上刚好跳跃到桌子的高度，然后它停在边缘上。

热力学发展简史热力学是研究能量转化和传递的学科，它涉及到热、功和能量等概念。

下面将为您详细介绍热力学的发展历程，从早期的观察和实验开始，到现代热力学的基本原理和应用。

1. 早期观察和实验热力学的起源可以追溯到古代文明。

早在公元前5世纪，古希腊人就开始研究热和火的现象。

克利斯提亚斯提出了火是一种物质的观点，而赫拉克利特则认为火是一种过程。

这些早期的观察和实验为后来热力学的发展奠定了基础。

2. 热力学第一定律的建立18世纪末，热力学的发展进入了一个新的阶段。

卡诺提出了热机的理论，他认为热机的效率取决于热量的转化和传递。

这为热力学第一定律的建立奠定了基础。

热力学第一定律表明能量守恒，即能量不能被创造或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

3. 熵的概念和热力学第二定律19世纪中期，热力学的发展取得了重要的突破。

克劳修斯和开尔文等科学家提出了熵的概念，熵是描述系统无序程度的物理量。

熵增定律是热力学第二定律的基本原理，它表明在孤立系统中，熵总是增加的。

这一定律揭示了自然界中存在的不可逆过程，如热量从高温物体流向低温物体的现象。

4. 统计热力学的发展19世纪末，统计热力学的发展引起了科学界的广泛关注。

玻尔兹曼提出了分子运动论，他认为热力学现象可以通过分子的随机运动来解释。

玻尔兹曼的理论为热力学提供了微观基础，解释了热力学规律背后的原子和分子运动。

这一理论的发展对于理解物质的性质和热力学过程具有重要意义。

5. 现代热力学的应用20世纪以来，热力学的应用范围不断扩大。

热力学在能源转化、化学反应、材料科学等领域发挥着重要作用。

例如，热力学可以用来优化能源系统的效率，设计高效的热机和制冷设备。

在化学反应中，热力学可以帮助我们理解反应的热效应和平衡条件。

此外，热力学还在材料科学中应用广泛，用于研究材料的相变、热膨胀等性质。

总结：热力学的发展经历了从早期观察和实验到现代热力学的演变过程。

早期的观察和实验为热力学的发展奠定了基础，而热力学第一定律和第二定律的建立则为热力学提供了基本原理。

信息熵在通信系统中的应用研究在现代的数字通信系统中，信息熵（Shannon entropy）是一个十分重要的概念和工具。

信息熵是表示信息的不确定性或不可预测性的度量。

从信息理论的角度来看，信息熵是描述源信号的统计特性的指标，它反映了源信号中信息的平均不确定度。

在通信系统中的应用研究中，信息熵发挥着至关重要的作用。

首先，信息熵被广泛应用于数据压缩领域。

数据压缩是一种重要的数据处理技术，可以减少数据的存储空间和传输带宽。

信息熵通过量化数据的不确定性来确定最佳的压缩方式。

根据信息熵原理，当编码器根据源信号的概率分布来编码数据时，使用更多的位数来表示出现概率较低的符号，使用较少的位数来表示出现概率较高的符号，从而达到压缩数据的目的。

因此，信息熵在压缩算法的设计和实现中起到了至关重要的作用。

其次，信息熵在通信系统中的错误检测和纠正中也发挥着重要的角色。

通信系统中常常会受到信道的噪声干扰，导致传输过程中产生误码。

为了保证数据的可靠性，需要使用错误检测和纠正技术来识别和修复传输中的错误。

信息熵可以用来评估编码和解码算法的性能，并帮助系统设计者选择最适合的错误检测和纠正码。

例如，信息熵可以通过比较不同编码和解码方案下的预期误码率来衡量它们的优劣，从而选择最优的方案。

此外，信息熵还在数据加密和隐私保护领域发挥着重要作用。

在今天的数字时代，隐私和信息安全变得越来越重要。

信息熵可以用来评估加密算法的强度和可靠性。

加密算法是通过引入随机性和不确定性来混淆和保护信息的一种方式。

信息熵可以帮助评估加密算法中使用的密钥空间的大小和随机性程度，从而揭示加密算法的安全性和可用性。

此外，信息熵还可以用来量化隐私保护机制的效果，以便在隐私保护方案的设计中为用户提供更好的保护。

综上所述，信息熵在通信系统中的应用研究是一个非常广泛和深入的领域。

它在数据压缩、错误检测和纠正以及隐私保护等方面发挥着重要作用。

随着通信技术的不断发展和创新，我们相信信息熵的应用会越来越广泛，也会在未来的通信系统中发挥更加重要的作用。

五、地理熵熵本是热力学中一个基本的状态函数，由于它能深刻揭示物质存在的某种本质，并能解释物质起源与世界有序的原因，因此很早以前，其基本概念就被引用到其他学科中。

著名物理学家薛定谔在其著作《生命是什么》一书中，率先使用熵的概念和性质解释生命起源与生命现象，在国际上引起很大震动。

本世纪70年代，普里高津教授提出耗散结构理论，而后德国物理学家哈肯提出“协同学”，均与熵的研究密切相关。

在地理环境这样的复杂开放系统中引入熵的基本概念，也能使得地理学家对于其理论基础有更加深刻的理解，并为地理学的研究开辟了一条新途径，它不仅丰富了现代地理学的理论体系，而且在实际应用方面也越来越显示出巨大的生命力。

为了有别于在其他专业中所使用的术语，我们在此选用地理熵，作为与地理学有关的特定解释，以便在理论上和应用上，更加接近于地理学的内容。

（一）地理熵的概念在经典物理学中，熵的引入是比较抽象的。

为了帮助读者理解地理熵的基本概念并认识它的体现，在这里我们先举出一个浅显的例子：在一块管理得很好的农田里，由于土地平整，土壤结构均一，土壤肥力一致，太阳辐射能的收入没有差异，温度没有空间变化，水分供应条件类似，土地自然生产力表现出均衡的特性，并且在这块土地上不断地清除杂草，所生长的农作物形态整齐，个体之间的性状差异不明显，……于是，我们就说这块农田的有序性高，混乱程度小；与此相对照，另一块土地上，除开各种各样的自然差异外，加上人为管理很差，其上杂草丛生，农作物生长参差不齐，成熟日期也相差很远（对于其上的每个个体而言），植株之间的变异也很大，诸如此类的现象，我们说此块土地的有序性低，混乱程度大。

比较上述两种状况，我们即说前一块的地理熵值小，而后一块的地理熵值大。

对于地理熵的概念，一般可从以下3个方面理解：首先，它可以理解为地理系统混乱程度的标志。

一个地理系统，按其等级划分原则，总是由许多微观状态构成的（例如农田中的每一个植株个体即表示一个微观状态），这种数目众多的微观状态的组成，有着各种各样的配容方式（即组合方式），当其方式的种类越单调，直至趋向于一个固定的范式时，则该地理系统的总体表现为有序；当其方式的种类越复杂，即越趋向于各种方式出现的机会均相等时，则该地理系统的总体表现为无序。

信息熵的应用
信息熵是信息论中一个重要的概念，它用于衡量信息的不确定性和随机性。

在现代科技中，信息熵的应用已经非常广泛，它不仅能够帮助我们理解信息的本质，还能够应用于各个领域，如通信、密码学、图像处理等。

通信领域是信息熵应用最为广泛的领域之一。

在通信中，信息熵被用来衡量信息传输的效率和可靠性。

例如，在数字通信系统中，发送方会根据接收方的反馈信息来调整发送的数据量，以达到最佳的传输效率。

此时，信息熵可以用来衡量数据的压缩效果，从而实现数据的高效传输。

密码学领域也是信息熵的重要应用领域。

在密码学中，信息熵被用来衡量密码的强度。

一个密码的安全性取决于它的熵值，熵值越高，密码越强。

通过分析密码的熵值，可以评估密码的可靠性，从而保障信息的安全性。

图像处理领域也广泛使用信息熵。

在图像处理中，信息熵被用来衡量图像的信息量和复杂度。

通过计算图像的熵值，可以确定图像的清晰度和质量，从而进行图像的优化处理。

例如，可以通过对图像的熵值进行分析，确定图像中的噪点和失真，从而进行图像的降噪和去除失真处理。

除了上述领域外，信息熵还可以应用于金融、医疗等众多领域。

例如，在金融领域中，信息熵可以用来衡量股票市场的波动性，从而辅助投资者进行决策。

在医疗领域中，信息熵可以用来分析医学图像和信号，辅助医生进行疾病诊断和治疗。

信息熵的应用已经渗透到我们生活和工作的各个领域，它是现代科技发展中不可或缺的一部分。

通过对信息熵的深入研究和应用，我们可以更好地理解和利用信息，从而实现信息的高效处理和传输。

信息熵定义信息熵是理解信息量的一种重要方式，它通过量化分析系统信息的不确定性来衡量知识的多样性和复杂性。

它的研究是由贝尔实验室的蒂姆斯托克斯（Claude Elwood Shannon）在1948年发表的《现代电路理论》中开展的。

他在这篇文章中发展了一个更加精确和系统化的信息量衡量模型，就是当今人们所熟悉的信息熵。

什么是信息熵？信息熵（entropy）指的是一种系统信息的不确定性，它是一种分析系统的复杂性和多样性的量化指标，可以帮助我们更加准确理解和衡量知识，并根据需要作出及时的改进。

斯托克斯向我们解释了信息熵的计算公式：Entropy =(Pi x log2(Pi))，其中Pi是描述某事件发生的概率，log2Pi表示以2为底Pi的对数。

在任何条件下，这种不确定性都不会太大，因为当Pi 接近1时，log2Pi接近0，所以信息熵也将接近0。

而当Pi接近0时，log2Pi接近正无穷，因此信息熵也将接近正无穷。

信息熵的另一个重要的用途是信号处理。

在信息传输和解码的过程中，可以用信息熵来衡量信息的熵，从而确定信号的污染程度，并据此保证信号的清晰度和信息的准确性。

此外，信息熵还可以用于贝叶斯论，这是一种古老而又强大的统计学模型，用于推导一个或多个随机变量之间的联系。

这种模型需要碰到许多随机变量，需要求解它们之间的联系，而信息熵正是用来衡量这种不确定性大小的有效指标。

信息熵还可以用来分析不同系统的复杂性，这种复杂性分析可以帮助研究人员和设计者更好地组织和改进系统的结构，对它进行合理的改造和优化。

信息熵的定义有很多，不过大多数都集中在概率分布、信息理论和熵的概念上。

信息熵是用来定量分析空间性随机变量和系统信息不确定性的有效指标，它在计算机、数据挖掘以及社交网络分析等领域都扮演着重要角色。

综上所述，信息熵是一种重要的衡量工具，它可以帮助我们理解知识复杂性，提高系统的健壮性和效率，并通过多种方式来改进系统的表现。

熵揭示了市场经济的本质属性和基本特征作者：雷璟思来源：《现代企业》2018年第10期建立社会主义市场经济体制是我国经济体制改革的目标，经过四十年来的经济体制改革，我国已经建立了社会主义市场经济的体制和运行机制。

目前，美国一方面发动对中国的贸易战，另一方面，又利用“市场经济”对中国经济体制改革政策进行施压和指责。

我们要“使市场在资源配置中起决定性作用和更好发挥政府作用”，首先必须认清市场经济的本质属性和基本特征，在这个基础上才能处理好政府和市场的关系。

如果要科学地分析市场体系的本质性质和基本特征，必须找到科学的分析武器或工具。

我们认为，在现代科学体系中，热力学理论揭示的熵原理则从根本上揭示了市场经济的本质属性和基本特征，是我们分析市场经济体系的科学理论武器。

一、市场经济体系具有熵的本质属性和基本特征熵是热力学中表征物质状态的参量之一，其物理意义是指体系混乱程度的度量。

德国物理学家克劳修斯于1854年提出熵的概念。

熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。

在孤立系统中，体系与环境没有能量交换，体系总是自发地像混乱度增大的方向变化，总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。

熵的大小与体系微观状态有关，包括分子的平动、振动、转动、电子运动及核自旋运动所贡献的熵，但是熵的本质则是构成体系的大量微观离子集体表现出来的性质。

因此，熵具有统计意义，在自发状态下，对只有几个、几十或几百分子的体系就无所谓熵，谈论个别微观粒子的熵无意义。

从全球意义上来看，全球市场体系是一个典型的孤立系统，到目前为止，它不可能得到其他星球商品的输入。

因此，熵原理可以适用于全球市场体系，熵理论可以用来分析全球市场体系的一个方面的本质属性和基本特征。

从一个国家市场体系来看，虽然有局部或部分商品的输入或输出，但从具有极大数量市场主体的整个市场体系来看，不仅这种商品输入或输出不占市场体系的主体地位，而且还要受到中央政府对国际贸易的严格管控。