五千年(敝帚自珍)

主题:熵的世界观之一—物理学部分 -- 钛豌豆

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          • 家园 我前段时间也在想熵的社会学意义

            人类社会发展史也有两个永动机的故事。宗教是第一类永动机,共产主义是第二类。

          • 家园 讨论的基础,并不在于否认熵增原理,

            也不是否认自然、人类和人类社会的发展需要负熵源的维持。

            这里想说的其实是,把一切都归因于熵,是否有滥用这一概念的倾向?或者说,进入到人类社会这一极度复杂化的系统中,熵除了用于讨论一个模糊的系统输入输出边界外(如地球——太阳,这一我们目前还无法显著改变的系统边界),用于讨论人类社会的可能变化,其实有点无能为力。

            熵是系统的态函数,那么负熵源的概念,与系统处理输入的模式密切相关。如一块木材,史前人一烧了之,而如果出现了某种强大的聚变炉,木材原子统统变成铁原子,两种方式的榨取负熵的能力应有很大差距。

            因此将熵运用于人类社会,将出现吊诡的一幕:想知道人类社会的熵,那么需要统计众多个体的态,而从计算能力的角度看,实际是不可能的;进一步,也无法知道人类社会榨取负熵的能力。

            既然不可知,我们就有充分的信念等待可能的来临。人类其实不需要等待10亿年,等待灰烬重新烧热锅炉;我们采取的是众多个体的试错,以空间换时间,推进我们榨取负熵的能力。

            我完全同意你的“历史其实不会终结”的关于历史终结的观点。智能生物很可能一直延续下去,可能与人类的形态相近,也可能与人类的形态差异极大;可能与人类尺度相近,也可能是宇观尺度,也可能是微观尺度。

            但是我对你的普世价值的观点,并不太认同。这典型的从单一的假设出发的推论,细推敲起来其实是有问题的。如果需要全人类协作才能榨取的负熵,如果任何个体,或者人类的部分个体都无法复制这种全人类协作的模式的话,全人类事实上体现为单一个体了。这种情况下,连“普世价值”这样的词汇也失去了意义,因为这个时候已经没有“世”,已经没有普罗大众,有的只是“人类”这个单一个体的个体价值观了。在这之前,社会形态也许早就崩溃了。

      • 家园 我的理解就是人类社会的进化取决于能否获得新能源

        所谓负熵源实际上就是新能源,用新能源取代快枯竭的能源或者利用效率不高的能源,这在当今的意义非常重大啊,哪个国家能在新能源的开发利用上领先一步的话,在今后的竞争中将处于优势地位,这是中国的机会啊,英国当年就是抓住了矿石能源的机会。井大的<四面楚歌之中国篇 未来世界的新格局>宣传的也是这个观点。

        • 家园 两种称呼的侧重点不同而已

          能量和钞票有个相似点:都会贬值。贬值的钞票不能购买同样多的商品,而贬值的能量不能作同样多的有用功。这是在研究热机的理论效率时发现的。同样结构的热机,在使用不同的热源时,理论上的最高效率就不一样。一些热源的能量“贬值”了,不能作出与未贬值的热源的能量一样多的有用功。熵的概念最早就是为了解决这个问题而提出的。它可以看成是能量贬值的程度,熵值越高,同样多的能量能作出的有用功越少。

          用钞票来比喻,能源一词强调的是面额,而负熵源强调的是同样面额的钞票具备的实际购买力。

          至于一种能源取代另一种能源,那可不是完全看效率的。效率是有用功/总功。美国农民使用2,790卡能量(包括农机使用,化肥和杀虫剂)才能生产一个270卡的玉米罐头,论效率根本比不了使用牛耕的中国农民。矿物燃料获得优势是因为它功率(有用功/时间)更大,不是因为效率更高。

          说句题外话,奥巴马要推行新能源,农业这关不好过。大概很少有人意识到,农业是美国全国耗油量最大的部门。【1995年前后,从实物量上看,农用钢和钢材为700万吨,农用橡胶为19万吨,消耗的电力为400亿度,化肥消耗量为2000万吨,消耗的石油为 8000万吨。】因此,若是农业不使用新能源,推广新能源将无实际意义可言。

          但在农业中使用新能源又谈何容易。从全局看,这几乎是铁定赔本的买卖。这要从传统农业和石油农业的区别说起。传统农业是从环境中聚集能量的过程。作物收获时含有的能量,要大于播种时含有的能量与生长过程中消耗的能量之和。这样,整个生产过程才是可持续的。

          而石油农业恰好相反,它是一个能量耗散到环境中的过程。想想看,难道作物中的能量比得了在生产过程中消耗的石油吗?若是把包含在农用燃料和化肥中的能以及制造农业机械时耗用的能也算进来的话,至少要比生产出来的作物的能多出五倍。2,790卡能量才能生产一个270卡的玉米罐头啊。如果我们不是按照传统和经济学来划分,而是按照更本质的东西—能量转换来划分,那么石油农业应该被分到工业部门而不是农业部门。从物理学的角度看,在工厂里消耗石油生产工业品和在农场里消耗石油生产农产品没有本质区别。想象一下这样的情景:一个农场首先要划出一块地去收集冶炼钢铁需要的能量;其次要划出一块地去收集把这钢铁变成农机需要的能量;再次要划出一块地去收集驱动农机需要的能量;如果在生产过程中使用了电脑的话,还要再划出一块地去收集从石英石中提炼硅的能量,再再划出一块地去收集制造芯片的能量。。。其实也不会太多,只要拿出土地总面积的10%安装太阳能收集器就差不多了——考虑到为了维护这些太阳能收集器还必需上百万工人的话,这倒不失为促进就业的好方法。

          • 家园 传统农业也是一个耗散结构

            固定在农田生态系统中的能量远小于输入的太阳能,这样才形成了一个负熵流,系统才能稳定。任何一个封闭系统要维持都需要源源不断的能量输入,系统越精巧、越复杂,需要输入的能量越多。所以人类社会要发展就需要不断开发新能源,增大能量的输入。农业文明取代了游牧文明就是因为农业民族主要处于第二营养级,比处于第三营养级的游牧民族获得的能量更多;而工业文明取代了农业文明则是因为工业文明大量使用矿石燃料,又增大了能量的输入。

            • 家园 我这里的观点必须修正

              传统农业和石油农业的差别是本质上的。传统农业是能量-负熵进入人类社会的开始,而在工业社会中,矿物燃料的开采是能量-负熵进入人类社会的开始,石油农业是一个转换的过程。两者不能简单的类比。这样就更能看清农业社会和工业社会的区别了。

              农业社会:能量-负熵来自太阳辐射,经由传统农业(以农产品为载体)进入人类社会,其它行业将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

              工业社会:能量-负熵来自矿藏,经由采矿业(以矿物燃料为载体)进入人类社会,其它行业(包括石油农业)将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

              用这个模式推测奥巴马的新能源政策,就是:

              能量-负熵来自太阳辐射,经由太阳能收集器(以电能的输送和存储装置为载体)进入人类社会,其它行业将这些能量-负熵转换为其它形式,能量-负熵在转换过程中耗散,最后变为废品。

              十大功劳帮我认识到这点,在此表示感谢。

              目前的能源问题,套用本嘉明的话说,就是原来有十几斤的大鱼吃,现在大鱼少了,要吃几两重的小鱼了,甚至要像熊猫那样吃植物了。但全社会的消化系统还是为吃大鱼准备的——或者应当说全社会的头脑还停留在吃大鱼的时代。难怪奥巴马要高呼“榛子”了。

              天不变,道亦不变。但是天要“榛子”了。【“负熵源=天”的论证如下:民以食为天,而食物来自负熵源,所以负熵源=天。】想想从农业时代变为工业时代有多大变化,就知道推行新能源要带来多大变化了。如果远洋货轮要以太阳能为动力,会给国际贸易带来多大变化?如果海军要以太阳能为动力,会给国际政治带来多大变化?国土面积小到不足以用太阳能来维持现代科技和目前生活水平的国家,是不是当然拥有发展核能的权力?在使用矿物燃料的时代,只要控制几个关键点(沙特,两伊)就能控制能源供应。使用太阳能的话,这样的关键点就改变甚至消失了,这又会带来什么变化?

    • 家园 熵的世界观之二——物种与智慧的出现

      有机体是依赖负熵为生的。

      ——薛定谔

      生物以负熵为生,而负熵又是不能凭空创造的。那么生命要延续就必须有个负熵的来源。比如,植物就是从光合作用得到负熵的。而负熵源总是有限的,所以生物迟早会遇到负熵供应的瓶颈。过程可以大致描述如下:①负熵供应绝对充分,生物的繁殖不仅使得物种整体拥有的负熵增加,而且个体间的合作也会使每个个体拥有更充分的负熵。负熵的总量和均量都增加,这是第一阶段。②负熵供应相对充分,生物的繁殖仍会使物种整体拥有的负熵增加,但个体拥有的负熵不再增加。③负熵供应相对不足,生物的繁殖仍会使物种整体拥有的负熵增加,但个体拥有的负熵逐渐减少。④负熵供应绝对不足,原有的负熵源趋于枯竭,不但个体拥有的负熵逐渐减少,物种整体拥有的负熵也在减少。

      发展到④阶段时,生物必须解决负熵源的问题。解决途径可以归结为两种:开源和节流。开源即找到新的负熵源,节流即减少维持个体生命所必需的负熵量。一般来说,开源使得生物更复杂,节流使得生物更简单。开源会使生物更复杂,是因为新的负熵源通常要比原来的“门槛更高”。道理很简单:要是它的门槛比原有的还低,生物就应该优先使用它。要从门槛更高的负熵源获得负熵,当然就需要更复杂的身体结构。身体结构的改变到了一定程度,新的物种就出现了。其实,任何两个阶段的过渡都可能出现新的物种,只是③、④阶段可能性更大而已。总之,因为任何负熵源都有其限度,所以任何物种迟早都要经历①-④的过程,也就迟早会出现新物种。

      在找到新的负熵源之后,又会重复①-④的过程。在经过一个周期后,又会有一些生物变得更复杂,能够从门槛更高的负熵源获得负熵。新的负熵源之所以门槛更高,是因为要获取它就需要处理更多的信息。如是累积,处理信息的能力强到一定程度,智慧就产生了。负熵源的门槛越来越高,处理信息的器官就越来越复杂,就需要越复杂的外围服务系统。动物的身体负担不了两个这种器官,所以,复杂到一定程度的动物,通常只有一个神经中枢。

    • 家园 送上第一朵花,正想看看熵的东西

      大学里学的工程热力学,老师根本没讲清楚

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