有序无序和熵相关知识点讲解_.doc
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1、有序,无序和熵相关知识点讲解_这是一条相当微妙的思路,不止在一个方面引起了误解。本书剩下的篇幅就是要澄清这些误解。在以下的考虑中,可以看到一种粗糙的但不完全是错误的初步意见:我们所知道的物理学定律全是统计学定律,这在第一章里已作了说明。这些定律同事物走向无序状态的自然倾向是大有关系的。但是,要使遗传物质的高度持久性同它的微小体积协调一致,我们必须通过一种 虚构的分子 来避免无序的倾向。事实上,这是一种很大的分子,是高度分化的秩序的杰作,是受到了量子论的魔法保护的。机遇的法则并没有因这种 虚构 而失效,不过,它们的结果是修改了。物理学家很熟悉这样的事实,即物理学的经典定律已经被量子论修改了,特别
2、是低温情况下。这样的例子是很多的。看来生命就是其中一例,而且是一个特别惊人的例子。生命似乎是物质的有序和有规律的行为,它不是完全以它的从有序转向无序的倾向为基础的,而是部分地基于那种被保持着的现存秩序。对于物理学家仅仅是对他来说我希望,这样说了以后,能更清楚地讲明我的观点,即生命有机体似乎是一个宏观系统,它的一部分行为接近于纯粹机械的(与热力学作比较),当温度接近绝对零度,分子的无序状态消除的时候,所有的系统都将趋向于这种行为。非物理学家发现,被他们作为高度精确的典范的那些物理学定律,竟以物质走向无序状态的统计学趋势作为基础,感到这是难以相信的。在第一章里,我已举过一个例子。涉及到的一般原理就
3、是有名的热力学第二定律(熵的原理),以及它的同样有名的统计学基础。在第56到60节里,我想扼要地说明熵的原理对一个生命有机体宏观行为的意义这时完全可以忘掉关于染色体、遗传等已经了解的东西。生命物质避免了趋向平衡的衰退生命的特征是什么?一块物质什么时候可以说是活的呢?那就是当它继续在 做某些事情 ,运动,新陈代谢,等等,而且可以指望它比一块无生命物质在相似情况下 维持生活 的时间要长得多。当一个不是活的系统被分离出来,或是放在一个均匀的环境里的时候,由于各种摩擦阻力的结果,所有的运动往往立即陷于停顿;电势或化学势的差别消失了,倾向于形成化学化合物的物质也是这种情况,温度由于热的传导而变得均一了。
4、在此以后,整个系统衰退成死寂的、无生气的一团物质。这就达到了一种永恒不变的状态,不再出现可以观察到的事件。物理学家把这种状态称为热力学平衡,或 最大值的熵 。实际上,这种状态经常是很快就达到的。从理论上来说,它往往还不是一种绝对的平衡,还不是熵的真正的最大值。最后达到平衡是十分缓慢的。它可能是几小时、几年、几个世纪 。举一个例子,这是接近平衡还算比较快的一个例子:倘若一只玻璃杯盛满了清水,第二只玻璃杯盛满了糖水,一起放进一只密封的、恒温的箱子里。最初好象什么也没有发生,产生了完全平衡的印象。可是,隔了一天左右以后,可注意到清水由于蒸汽压较高,慢慢地蒸发出来并凝聚在糖溶液上。糖溶液溢出来了。只有
5、当清水全部蒸发后,糖才达到了均匀地分布在所有水中的目的。这些最后是缓慢地向平衡的趋近,决不能误认为是生命。在这里我们可以不去理会它。只是为了免得别人指责我不够准确,所以我才提到它。以 负熵 为生一个有机体能够避免很快地衰退为惰性的 平衡 态,似乎成了如此难解之谜,以致在人类思想的最早时期,曾经认为有某种特殊的非物质的力,或超自然的力(活力, 隐得来希 )在有机体里起作用,现在还有人是这样主张的。生命有机体是怎样避免衰退的呢?明白的回答是:靠吃、喝、呼吸以及(植物是)同化。专门的术语叫 新陈代谢 。这词来源于希腊字,意思是变化或交换。交换什么呢?最初的基本观点无疑是指物质的交换(例如,新陈代谢这
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