Physics 版 (精华区)

发信人: yanyanyan (风), 信区: Physics
标  题: ７０　熵和秩序之间有什么关系？
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月21日17:37:07 星期三), 站内信件


７０　熵和秩序之间有什么关系？

　　试想象有九个人排成一个方阵——三个人一排地排成三
行，每行每列都对得整整齐齐。我们可以把这种排列叫做有
秩序的排列，因为它又整齐、又对称，描述起来也很容易。
　　如果这九个人每人都同时向前跨一步，那么，他们将保
持原来的队形，这时的排列仍然是有秩序的。如果每个人都
向后退一步或者向左或向右移一步，情况也是这样。
　　但是，假定现在命令每个人都走一步，但前后左右都可
以，并且每个人可以随意选择他的方向。这时，可能每个人
都碰巧独立地决定向前跨一步。在这种情况下，秩序就仍旧
保持不变。
　　不过，其中任何一个特定的人选择向前跨一步的可能性
只有四分之一，因为他可以随意朝四个方向当中的任一个方
向走那一步，因此，所有九个人全部独立决定向前跨一步的
可能性只有４×４×４×４×４×４×４×４×４分之一，
即只有１／２６２１４４。
　　如果九个人全部向后退一步或全部向左或向右移一步，
他们的秩序也同样保持不变，因此，九个人同时朝同一方向
走一步的总的可能性是４／２６２１４４，即１／６５５３８。
既然是这样，你就可以看出，保持那种秩序的可能性是多么
微小，同时你也知道，如果让那些人能够自由行动，那么，
只要有一个人迈出一步，就完全足以破坏那个方阵，从而使
有序的程度降低。
　　尽管他们还是有很小的可能性同时朝同一个方向移一步，
但是，下一步就完全有可能把那个方阵破坏掉。
　　这是个只牵涉到九个人、并且只容许有四个不同的运动
方向的情形。在大多数自然过程中，我们却要碰到无数亿个
可以用非常多种不同方式自由运动的原子。如果由于某种机
会，这些原子在开始时有某种有序的排列，那么以后任何一
种自由的无规运动、任何一种自发的变化，都必定会降低那
种有序的程度，换句话说，就是会提高无序的程度。
　　按照热力学第二定律，宇宙的熵总是在不断增大，这就
是说，宇宙中的能量分布是在不断地均匀化。可以证明，任
何一种能够使能量分布均匀化的过程，同时也会使无序程度
增大。因此，由于构成宇宙的粒子可以自由地进行无规运动
而使宇宙的无序程度不断增大的这种趋势，正好是热力学第
二定律的另一个方面，我们可以把熵看作是衡量宇宙中存在
的无序程度的一个量。
　　如果我们用这种方式来看问题，我们就可以看到第二定
律对我们周围一切所起的各种作用了，因为所有自然变化显
然都是朝着提高无序程度的方向进行；只有当我们付出一定
代价作出特殊努力时，我们才能使秩序得到恢复。我们的零
星杂物总是在变乱，我们的房间和我们的衣服也总是在变脏，
我们必须经常整理、打扫、洗涤，才能保持整洁。这可能使
我们感到最好认为，这一切都是出于那条了不起的宇宙规律
在起作用的结果——不过，我自己可一点也不这样想。

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