【思維】熵增定律—世界演化之道（學(xué)習(xí)筆記）
熵增定律
0 簡(jiǎn)介
引子：
為什么自然情況下，熱水會(huì)變慢慢變涼，整齊的房間會(huì)變雜亂，沙堡會(huì)變?yōu)樯扯?，而不是反之呢？有沒有一個(gè)統(tǒng)籌解釋這些現(xiàn)象的規(guī)律呢？人類在這個(gè)演化趨勢(shì)中又充當(dāng)什么樣的角色呢？這就要提到【熵增定律】了
【熵增定律】可以幫助我們理解世界的演化規(guī)律；以幫助我們更好的作出應(yīng)對(duì)
如果只學(xué)一個(gè)物理學(xué)定律的話，那么應(yīng)該學(xué)【熵增定律】，這是很多牛人的共識(shí)
概念：在一個(gè)封閉系統(tǒng)里，如果沒有外力做功，其總熵會(huì)不斷增大。用四個(gè)字概括就是：覆水難收。
封閉系統(tǒng)：一個(gè)與外界隔絕的不交流的系統(tǒng)（沒有物質(zhì)，能量和信息交換）。
【熵】是系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)，可以理解為 混亂程度/不確定性/無知度
案例：比如屋子不收拾會(huì)變亂，手機(jī)會(huì)越來越卡，耳機(jī)線會(huì)凌亂，熱水會(huì)慢慢變涼，太陽會(huì)不斷燃燒衰變……直到宇宙的盡頭——熱寂，也可以解釋很多生命現(xiàn)象，比如自律總比懶散難，封閉的國(guó)家會(huì)被淘汰等，這些都是熵增的案例
應(yīng)用
如何利用該原理，對(duì)事物演化進(jìn)行識(shí)別，解釋和預(yù)測(cè)？
如何抵抗熵增？
聯(lián)系
熵與生命的關(guān)系：生命以負(fù)熵為生
熵與時(shí)間的關(guān)系：熵被稱作時(shí)間之矢
熵與信息的關(guān)系：減熵的被稱作信息
。。。
1 概念
理解【熵增定律】的關(guān)鍵是理解什么是【熵】以及什么是【封閉系統(tǒng)】
熵
是什么：熵 -> 系統(tǒng)狀態(tài)數(shù) -> 可能性 ～ 混亂程度/不確定性/無知度
玻爾茲曼定義： S = k*ln(W) -> S ∝ W
定量：熵（S）正相關(guān)于【系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)】（W），即宏觀態(tài)的可能性
定性：系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)往往可以理解為【混亂程度】
系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)
概念
宏觀態(tài)中所包含的微觀態(tài)總數(shù)
當(dāng)我們談?wù)撘粋€(gè)系統(tǒng)的“狀態(tài)”時(shí)，要區(qū)分我們談?wù)摰氖恰昂暧^態(tài)”還是“微觀態(tài)”
一個(gè)系統(tǒng)的微觀態(tài)就是一個(gè)系統(tǒng)中具體到每一個(gè)粒子的全部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
宏觀態(tài)就是一組我們無法分辨的微觀態(tài)的集合，這些集合所表現(xiàn)出來的共同的宏觀特征。
粒子：抽象概念，系統(tǒng)中不可分割，且不相關(guān)的事物看做一個(gè)個(gè)粒子
系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)與可能性：狀態(tài)數(shù)越多，可能性越高，狀態(tài)數(shù)越少，可能性越小。所以在這個(gè)世界上，混亂才是常態(tài)，有序是需要可以營(yíng)造的?？煽偨Y(jié)為，隨機(jī)情況下，事物呈無序的可能性最大。相對(duì)于無序，有序的可能性更小，所以不容易做到。
如果隨波逐流，一個(gè)普通人的人生更大可能是混亂的，而不是有序的
如果你想做出點(diǎn)與眾不同的事情，更可能會(huì)遭遇失敗，而不是成功
例如 高空隨機(jī)拋下一堆磚塊，變成金字塔的可能幾乎為零。
案例：粒子運(yùn)動(dòng)案例
假設(shè)房間中只有四個(gè)空氣分子，用不同顏色來標(biāo)記這四個(gè)空氣分子。這四個(gè)空氣分子在房間中可能的情況全部列舉如下
其中左二右二的熵是最大的，既可能性是最大的 3/8，都在左邊和都在右邊的可能性是最小的 占 1/8
ps 一個(gè)系統(tǒng)微觀態(tài)個(gè)數(shù)（應(yīng)該）是沒有絕對(duì)客觀的確定值的，因?yàn)橛^察者不同，對(duì)微觀態(tài)的最小分別尺度也不同，比如即使最理想的，如上圖粒子運(yùn)動(dòng)模型中那樣，每一種微觀態(tài)中粒子也可能稍微偏上或偏下，故不能算作是最小粒度。何況現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜系統(tǒng)呢，所以更多是相對(duì)趨勢(shì)的理解，比如熵增熵減，一般算不到這么精確。
混亂程度
為了方便理解，熵通常可以采取這些說法來表述：混亂程度，無規(guī)律程度，不確定性，無知度，限制度，分散程度
不確定性：一個(gè)宏觀狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)越多，當(dāng)我們用宏觀態(tài)來描述它時(shí)，我們所忽略的信息就越多，這種描述的不確定性就越高。比如撲克牌抽到同花順（宏觀態(tài)）的不確定性就很低，因?yàn)榭赡艿奈⒂^態(tài)組合數(shù)很少。
限制度：限制一個(gè)系統(tǒng)能取到的狀態(tài)：整齊就是限制物品排放的位置，一個(gè)人很壞就是不守規(guī)矩
混亂度：混亂即使無序，因?yàn)橛行蛲碇幸?guī)律，有限制條件；比如屋子變亂，手機(jī)線變凌亂，撲克牌洗牌打亂等，這些都是熵增的過程
無知度：當(dāng)一件事情（宏觀態(tài)）有多種可能情況（微觀態(tài)）時(shí)，這件事對(duì)某人（觀察者）而言具體是那種情況的不確定性叫作熵，所以熵是主觀的，用無知度更能體現(xiàn)這一點(diǎn)。比如同樣的題干，判斷題的熵小于單選題，小于多選題，小于解答題。
ps 一般科普采用混亂程度來解釋熵，但不少資料顯示“混亂程度”很具有誤導(dǎo)性，因?yàn)榫哂兄饔^性，不夠精確，目前學(xué)界不再使用這種解釋，所以用【系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)】去分析還是更靠譜的
資料：https://www.zhihu.com/answer/52318529
封閉系統(tǒng)
定義：與外界隔絕不交流的系統(tǒng)。熱力學(xué)詳細(xì)定義中，封閉系統(tǒng)只是沒有物質(zhì)交換，而沒有物質(zhì)和能量交換的叫做孤立系統(tǒng)，都有交換的叫作開發(fā)系統(tǒng)。
正例：
將熱水和涼水摻在保溫杯里（封閉系統(tǒng)），最終會(huì)變成溫水（熵增）；
將人放到與世隔絕的地方不學(xué)習(xí)思考（封閉系統(tǒng)），長(zhǎng)此以往智能會(huì)下降（熵增）；
反例：什么不是封閉系統(tǒng)：
正在加熱的水，因?yàn)檩斎肓四芰?/span>
正在學(xué)習(xí)的人，因?yàn)檩斎肓诵畔?/span>
【麥克斯韋妖】，因?yàn)楦兄瓦x擇是需要能量和信息的
2 案例
粒子運(yùn)動(dòng)
如圖是熵增定律的一個(gè)經(jīng)典的理論研究案例，如圖封閉的盒子的粒子運(yùn)動(dòng)中會(huì)什么會(huì)隨時(shí)間逐漸由圖1變?yōu)閳D2呢？因?yàn)閳D2中狀態(tài)數(shù)明顯是更多的，在兩倍大的空間里，它們能夠隨機(jī)分布的位置就更多了，能夠產(chǎn)生可能的狀態(tài)數(shù)就更多了，而狀態(tài)數(shù)更多，熵就更大了。（具體計(jì)算見【系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)】案例）
麥克斯韋妖
是什么：1871年提出的一個(gè)著名物理學(xué)思想實(shí)驗(yàn)，可以簡(jiǎn)單的這樣描述，一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“妖”控制的一扇小“門”，容器中的空氣分子作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)向門上撞擊，“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格就會(huì)比另外一格溫度高，這樣就違背了【熵增定律】，因?yàn)樗坪踉凇胺忾]系統(tǒng)”中成功實(shí)現(xiàn)了熵減。
為什么：這個(gè)問題直到1981年才被成功解釋，為什么這個(gè)問題困擾了學(xué)界一百多年？因?yàn)橹庇^來看，這種思想實(shí)驗(yàn)中，的確提供了“不用做功”就可以熵減的方法，那么豈不是永動(dòng)機(jī)都可以做出來？是因?yàn)闆]有意識(shí)到“感知和選擇”就是需要能量和信息的。而這種能夠不斷地從外界輸入能量、物質(zhì)和信息，自己可以不斷的排出熵的系統(tǒng)被命名為【耗散系統(tǒng)】
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3 應(yīng)用
理論概念學(xué)完之后，關(guān)鍵是如何應(yīng)用到日常生活中，給我們的思維帶來啟發(fā)，為我們的行為帶來關(guān)鍵的影響，從而知行合一，而這個(gè)過程需要大量的實(shí)踐練習(xí)。
PS 目前理論了解的差不多了，之后就是慢慢積累案例練習(xí)了。
識(shí)別
首先要能快速判斷出系統(tǒng)的趨勢(shì)是熵增還是熵減，這是基礎(chǔ)
如何判斷系統(tǒng)熵的變化趨勢(shì)？以下為目前總結(jié)的技巧：
不可逆的過程是熵增的，比如人死不能復(fù)生。
或逆過程需要的能量更大的是熵增的，比如把耳機(jī)線弄亂很容易，而整理整齊更費(fèi)力。
定性判斷：是否更混亂，限制條件更多，不確定性更大等，見【混亂程度】中的案例
自發(fā)的過程都是熵增的，即無外力干涉的，比如熱水慢慢變涼
系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)變多是熵增的，但似乎無法用于生活案例？
練習(xí)1?豬肉變香腸
從系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)的角度來說，似乎并沒有客觀的判斷標(biāo)準(zhǔn)？因?yàn)閷?duì)于不同的觀察者來說，系統(tǒng)中兩種宏觀態(tài)，豬肉和香腸，的微觀態(tài)個(gè)數(shù)是不同的，對(duì)我來說，豬肉有很多種，香腸也有很多種，無法比較，對(duì)養(yǎng)豬的人來說，豬肉的微觀態(tài)可能更多，從做香腸的種類來說，香腸的微觀態(tài)可能更多？如果從分子組成角度來說，豬肉變成香腸又不會(huì)破壞分子結(jié)構(gòu)，所以沒差別？這時(shí)候熵的變化趨勢(shì)，似乎是由觀察者和觀察角度來決定的，并不確定。
從混亂程度等概念來說，并不能說哪一個(gè)更有規(guī)律，或更混亂，或更整齊，無法判斷。
從熵增原理來說，豬肉肯定不會(huì)自發(fā)變成香腸，反之也不會(huì)，無法判斷。
做功角度可以判斷，從香腸基本不可能還原成豬肉（不可逆），所以一定是香腸的熵更大，這只需要常識(shí)就可以判斷。
練習(xí)2?整齊到雜亂
定性分析，整齊熵更小，因?yàn)檎R的限制條件更多。比如說一個(gè)房間整齊，意思是所有物品擺放在該在的位置，而一個(gè)房間亂，則是東西隨意擺放，顯然前者物品可能的狀態(tài)數(shù)更少?；靵y，無規(guī)律，不確定性，限制程度，無知度都可以解釋
定量分析，只能說隨機(jī)情況下，呈現(xiàn)雜亂的概率（可能性）更大來判斷吧
熵增原理，整齊會(huì)自發(fā)變亂嗎？似乎也不會(huì)，因?yàn)榭傄屯饨缬薪换ィ荒茏龇忾]系統(tǒng)。
做功角度，肯定是到整齊消耗的能量更大先，依然是常識(shí)
練習(xí)3 。。。
解釋
生命為什么變得越來越智能：世界整體是熵增的，生命的熵減過程，會(huì)加劇環(huán)境的熵增，于是環(huán)境會(huì)變得越來越惡劣，生命為了生存，為了獲得足夠的能量和物質(zhì)，必須變得更加智能。
信息是什么？消除該人對(duì)這件事情不確定性的事物叫作信息，消除熵 = 獲取信息。
。。。
預(yù)測(cè)
宇宙的未來————熱寂
4 抵抗熵增
人活著就是在對(duì)抗熵增定律，生命以負(fù)熵為生?！Χㄖ@
為什么：如果不是刻意去對(duì)抗，熵增定律會(huì)使組織變得臃腫，缺乏效率和創(chuàng)新；會(huì)使人變得安于懶散、難以堅(jiān)持、難以自律
怎么做：從定義來說，熵增的條件有兩個(gè)：封閉系統(tǒng)＋無外力做功。只要打破這兩個(gè)條件，我們就有可能實(shí)現(xiàn)熵減。既開放系統(tǒng)和引入外力
減少狀態(tài)數(shù)，以抵抗熵增
挺直腰可以集中精神，地鐵上學(xué)習(xí)可以更專注，這都意味著更小的狀態(tài)數(shù)。
感知和選擇是可以使事物變得更有序的
即使無法改變環(huán)境，但我們永遠(yuǎn)有如何感知，如何選擇的自由，因?yàn)闊o論什么情況下，我們面對(duì)世界的態(tài)度都是可以選擇的
構(gòu)建尋找【耗散結(jié)構(gòu)】，避免封閉系統(tǒng)
成長(zhǎng)性思維 讓自己接受更多的信息和能量
公司選擇 我們應(yīng)該加入那種能夠不斷從外界吸取能量和信息，不斷做出成績(jī)，讓自己變得越來越有序的城市和公司。
構(gòu)建尋找【耗散結(jié)構(gòu)】，避免封閉系統(tǒng)
案例
抵抗熵增最典型的例子就是生命的進(jìn)化歷程
資料：
思維有了模型：輸入能量和開放系統(tǒng)?https://www.zhihu.com/question/27343287/answer/1184500866
林超 跨學(xué)科工具箱
耗散結(jié)構(gòu)
問渠那得清如許，為有源頭活水來——朱熹《觀書有感》
流水不腐，戶樞不蠹——《呂氏春秋·盡數(shù)》
是什么：這個(gè)世界上有一種系統(tǒng)，它能夠不斷地從外界輸入能量、物質(zhì)和信息，自己可以不斷的排出熵。
案例
流水不腐：最典型的耗散結(jié)構(gòu)就是河流，河流要從上游注入水分子，而且水分子從高處往低走，還會(huì)帶來能量。河流是永遠(yuǎn)不會(huì)腐敗的，一直保持著動(dòng)能和活力。相對(duì)的，死水，比如一個(gè)年久失修的游泳池，池水就會(huì)腐敗，骯臟發(fā)臭，因?yàn)樗且粋€(gè)封閉系統(tǒng)。
人體耗散結(jié)構(gòu)：新陳代謝，人體的運(yùn)動(dòng)方式就是不斷通過注入能量、信息和物質(zhì)，讓自己不斷地從身體里面排出熵。
5 資料
思維有了模型?https://www.zhihu.com/question/27343287/answer/1184500866
YJango?https://www.zhihu.com/question/27343287/answer/589137420
馬同學(xué)?https://www.zhihu.com/question/24053383/answer/849500436
理論向?https://www.zhihu.com/question/20571208/answer/940922518
