第一节　熵：宇宙第一定律

一、能量与熵定律

能量是物质在时空中运动和转化的形态。无论是自然系统还是社会系统，都是由能量推动而运动和发展的。没有能量，一切系统都是死寂态。在封闭系统内部，能量运动是有方向的，而且这个方向是唯一的、不可逆转的，这就是向着热平衡发展。也就是说，在封闭的系统中，能量不可逆地由能做功向着不能做功发展，即由有能量向着没有能量发展；系统也就由不平衡向着平衡发展、由有序状态向着无序状态发展。这是一种不可逆的自然规律，这种自然规律在热力学中被总结为熵定律。

爱因斯坦曾说熵定律是宇宙第一定律。那么，熵是什么呢？熵增原理又是什么呢？

简单地讲，熵是衡量系统内部能量或者系统混乱程度的度量指标（参量）。在一个系统中，如果熵值大，说明系统内部能做功的能量就小，同时系统内部的有序度就低，混乱程度就高。

熵是热力学第二定律的表述，是关于能量转化方向的定律和不可逆定律。熵定律指出：一切热力学系统都存在着熵，熵是对系统能量和混乱度的度量。在孤立系统中，熵自发地不可逆地增大，直到所有能量消失、系统完全平衡。

熵增原理揭示了孤立系统不可逆的发展规律，这就是不可逆热力学过程中熵的微增量恒大于零。在一切自然过程中，一个孤立系统的总混乱度，即熵，不会减小。一切孤立系统内产生的熵恒大于零，一切自发过程产生的熵恒大于零。随着系统熵增加，系统可用的能量越来越少，系统混乱程度必然不断上升，直到最大熵值，即热平衡（在系统内部，任何一个地方测到的热值或温度都是一样的，这样的平衡态就没有做功的能量）。这就是不可逆定律，也就是熵增定律。

我们知道，热力学第一定律揭示了能量守恒规律，而热力学第二定律揭示了能量转化过程具有条件和不可逆方向的规律。第二定律是一个基本的自然规律，这个规律不是从任何一个定律中推导出来的，是被大量事实证明了的自然过程中的熵增不可逆发展自然规律。

同自然系统一样，社会系统也有这样的不可逆发展规律。例如，一方面，在开放条件下的自然过程中，社会系统的先进技术或理论都是由低级向高级发展。经济学家将其总结成技术经济的梯度转移理论。又如，人类社会由原始采伐和渔猎社会向农耕社会发展，再由农耕社会向工业社会发展，这是不可逆的社会发展规律。另一方面，在封闭条件下的自然过程中，社会系统没有能量补充，熵增不断，最终将不可逆地走向灭亡。为什么任何系统在自然过程中，都会有这种不可逆的发展现象呢？这正是熵增定律在开放和封闭两种系统运动中的必然作用所带来的两种结果。

熵增定律是克劳修斯提出的热力学定律，他引入熵的概念来描述不可逆过程，即热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。1865年，克劳修斯发表了一篇关于热力学的论文，提出了熵的概念，第一次明确了热力学第二定律的基本概念。他证明了在任何孤立系统中，系统的熵永远不会减少，或者说自然的自发过程是朝着熵增加的方向进行，这就是熵增原理。

为了能够方便地计算熵值并且衡量系统的混乱程度，玻尔兹曼给出了著名的统计力学的熵公式，这就是熵S与无序度Ω之间的关系：

S=klnΩ

式中，S是系统的熵值，表示系统的混乱程度；k是玻尔兹曼常数，是关于温度及能量的物理常数；Ω是某一个客观状态所对应的微观态数目。

熵定律指出，任何一个孤立系统，其内部能量总是从能做功发展到不能做功，系统内部从不平衡态发展到平衡态，系统也从有序向无序发展。或者说，任何一个自然过程，都必然是从有序向无序发展、从不平衡向平衡发展、从有能量向无能量发展，也就是向衰亡的终极热平衡态发展。

例如，一个房间，只要不打扫，没有其他干预，那么自然地，这个房间就会越来越脏、越来越混乱。系统从有序自发地向无序发展，能量从能做功向不能做功发展，这就是系统的熵增。又如，一杯热水放在自然环境中，自然地会变凉，也就是自然地向空间耗散了热量，这也是熵增。

熵定律对我们的启示是，如果你什么都不做，明天不会变得更好，只会变得越来越差。企业组织也好，人生也好，都是在与熵增抗争中存在的。如果我们想要激活自己的潜能，使自己得到有效发展，就必须懂得熵增定律对我们的持续消耗，就必须懂得我们的能量在自然过程中不断地耗散掉。只有在发展中持续学习、输入强大的新动力，才能抵抗自然的熵增定律。