非耗散和少耗散的熵减
来源:《太极进化主义》第1篇 | 作者:段勇 | 发布时间: 2021-10-04 | 860 次浏览 | 分享到:

  普利戈金认为只有耗散结构能带来熵减,其实并不是这样。当电磁力把两个氧原子结合在一起,从而引起熵减时,并没有耗散;地球引力把周围物质吸过来,从而引起熵减时,也没有耗散。所以耗散并不是熵减的必要条件。或者说,熵减有两种:耗散的熵减和非耗散的熵减。在耗散的熵减中,耗散的程度也差别很大。可用耗散率L比较不同熵减过程的耗散程度。

定义:耗散率LL=-E/ΔS(其中,E是耗散的能量,ΔS是熵的变化量)。

有些熵减过程的耗散率能达到无穷大,有些则可能接近于零。在世界进化的过程中,系统的结构越来越复杂。复杂系统的产生会带来新的有序和新的功能,而新的功能有可能极大地降低耗散率,甚至产生非耗散熵减。耗散率的减少意味着进化效率的提高。

有些复杂的物质与简单物质相比更容易产生,更不容易被破坏。例如,水比氢气稳定,即容易产生,不容易被破坏,臭氧比有机物简单,但是很不稳定。有些分解反应是自发的,有些化合反应是自发的。氢气和氧气化合这种从简单到复杂的变化是自发的放热反应,而水的分解这种从复杂到简单的变化则要消耗能量。所以氢气和氧气的化学性质是向复杂的、非平衡方向进化的非耗散动力。我们看到的生命是一系列化学反应的结果,只有当各种化学性质能成为进化动力的时候,生命才有可能出现。

麦克斯韦所设想的小妖精其实就是一个单向阀,我们在现实生活中有很多单向阀,例如:二极管,心脏瓣膜和很多机械单向阀。所有的单向阀都有一些共性:多数都不消耗能量,也没有智能。虽然没有智能,但它们都能完成一些特殊的功能,所以看起来似乎有智能。而这些功能都来自物质的各种属性和结构,例如,二极管的功能来自硅和锗的物理属性以及他们组合在一起并且与电路连接的结构。

地球上任何东西都要受到重力的作用,都有向下运动的趋势。如果只考虑这一点,那么就会推论出,地球上所有的东西最后都会紧贴着地面,形成一个平衡的、死寂的世界。但我们知道很多东西可以飞起来,不光有鸟、昆虫,还有动物和人的跳跃,飞机,花粉,水蒸气,空中非常热闹。这是因为物质受到很多向上的力。包括空气的浮力、弹力、喷气反作用力等等,这些力带来了非平衡和对称性破缺。

人类可以利用高温、高压等工业手段合成很多大分子物质,这种过程耗散率很高。而生物可以在常温下合成相同的物质,耗散率很低。在进化的过程中,生命的出现是一个巨大的飞跃,生物可以用自复制的手段合成大分子物质,这是一种低耗散、高效率的手段

  文字的出现是进化的另一个飞跃。负熵与信息量成正比,人控制的信息的遗失意味着人控制的系统的熵增。人利用文字来承载信息,直接减少信息的遗失和熵增,而书写文字只消耗很少的能量,因此这也是一个低耗散、高效率的手段。我们在生产中的技术革新和生活中的各种创新都是在降低耗散率,提高进化效率。