生命过程与生物熵(一)
生命过程与生物熵(一)
作者：马远新安虎雁毛莉萍
【摘要】利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析，建立了正常生命过程的生物熵变数学模型，并对模型的数值变化进行了分析，探讨了生命过程中负熵流与熵增的变化趋势以及原因。
【关键词】生物熵；耗散结构；生命过程
1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。20世纪60年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念〔1〕。这种广义熵的提出,阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性〔2〕。
各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统,生命现象也与熵有着密切关系,生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量,称为生物熵。本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型,用以描述生命过程的熵变。
1生命的自组织过程中的公式模拟
一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。
一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。自组织现象可以通过下面过程说明：①蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程〔4〕。这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。而自组织有序度的提高,也必然会导致生物熵的进一步减少。
②生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于0的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。
③衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律〔5〕。
生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。
dS=dSi+dSe
式中,dS为微熵即熵变,表示热力学体系在某一状态时的熵变；dSi为系统内不可逆过程产生的熵,dSi≥0；dSe是开放系统与外界环境交换物质、能量产生的熵流,其符号可正可负。
根据生命过程可以建立一个简单数学模型描述生命过程的熵变。
以S(t)表示t时刻的生物熵值,那么1/SdS/dt表示t时刻生物熵的相对生长率,从宏观上分析它应用由两部分组成：一部分是由于生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增加f(t)>0；另一部分是该生命体生命过程中自组织生成的熵流g(t)，所以
1/SdS/dt=f(t)+g(t)〔6〕
分析生命体的发育过程,我们知道由生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增流f(t)总是先增加(生命体的出生到逐步成熟)再减少(逐步衰老)〔7〕。生命过程中自组织生成的负熵流g(t)也总是先增加(生命体的出生到逐步成熟)再减少(逐步衰老)。根据生命活动的全过程可以等到dS的解为：
dS=S0b(1-e-dt)-S0a(1-e-ct)
对比公式：dS=dSi+dSe
其中：负熵dSe=-S0a(1-e-ct)，熵增dSi=S0b(1-e-dt)
a,b是婴儿出生时的负熵、熵增系数，不考虑后天影响a,b应该是常量，起始时；c、d 分别是的时间变化系数，在生命过程中随时间有小的变化，且有。其中,S(0)=S0表示生命体刚出生时的熵值,也就是模型的初值,一般认为其值较大。
假定以35岁为平衡点，即dS=0，可以得到：在小于35岁区间，dS由负值（较大）先快后慢减为0；大于35岁区间，dS由0先慢后快增加为正值（较大）；只是后期dS增加过程较前期变化过程慢许多。
熵的应用和意义
浅谈熵的意义及其应用 摘要：介绍了熵这个概念产生的原因，以及克劳修斯对熵变的定义式；介绍了玻尔兹曼从微观角度对熵的定义及玻尔兹曼研究工作的重要意义；熵在信息、生命和社会等领域的作用；从熵的角度理解人类文明和社会发展与环境的关系。 关键词：克劳修斯熵玻尔兹曼熵信息熵生命熵社会熵 0 前言：熵是热力学中一个非常重要的物理量，其概念最早是由德国物理学家克劳 修斯（R.Clausius）于1854年提出，用以定量阐明热力学第二定律，其表达式为 dS=(δQ/T)rev。但克劳修斯给出的定义既狭隘又抽象。1877年，玻尔兹曼（L.Boltzmann）运用几率方法，论证了熵S与热力学状态的几率W之间的关系，并由普朗克于1900给出微观表达式S=k logW,其中k为玻尔兹曼常数。玻尔兹曼对熵的描述开启了人们对熵赋予新的含义的大门，人们开始应用熵对诸多领域的概念予以定量化描述，促成了广义熵在当今自然及社会科学领域的广泛应用【1】【2】。 1 熵的定义及其意义 由其表达式可知，克劳修克劳修斯所提出的熵变的定义式为dS=(δQ/T)rev ， 斯用过程量来定义状态函数熵，表达式积分得到的也只是初末状态的熵变，并没有熵的直接表达式，这给解释“什么是熵”带来了困难。【1】直到玻尔兹曼从微观角度理解熵的物理意义，才用统计方法得到了熵的微观表达式：S=k logW。这一公式对应微观态等概出现的平衡态体系。若一个系统有W个微观状态数，且出现的概率相等，即每一个微观态出现的概率都是p=1/W，则玻尔兹曼的微观表达式还可写为：S=-k∑plogp。玻尔兹曼工作的杰出之处不仅在于它引入了概率方法，为体系熵的绝对值计算提供了一种可行的方案，而且更在于他通过这种计算揭示了熵概念的一般性的创造意义和价值：上面所描述的并不是体系的一般性质量和能量的存在方式和状态，而是这些质量和能量的组构、匹配、分布的方式和状态。 玻尔兹曼的工作揭示了正是从熵概念的引入起始，科学的视野开始从对一般物的质量、能量的研究转入对一般物的结构和关系的研究，另外，玻尔兹曼的工作还为熵概念和熵理论的广义化发展提供了科学依据。正是玻尔兹曼开拓性的研究，促使熵概念与信息、负熵等概念联姻，广泛渗透，跨越了众多学科，并促
【关于生命系统熵势函数的建立及应用】生命是熵减
【关于生命系统熵势函数的建立及应用】生命是熵减 摘要：依据非平衡非线性系统理论的广义势函数，建立了可描述生命系统的熵势及其表达式，作为应用，分析了生命系统的相变和生命机体内部的熵力。关键词：生命系统；熵势；非平衡相变；熵力 ：Q111；0415.3 ：A ：1007-7847(xx)01-0016-05 自然界的实际系统千差万别，它们可以是物理系统、化学系统、生物系统等，它们在平衡态和近平衡态已归入一个广泛的统计热力学的理论体系．这个理论的普遍性的一个重要原因是存在着广泛定义的势函数，如平衡系统的熵、自由能或线性非平衡系统的熵产生、超熵等等，生命系统是个远离平衡的非线性系统，非平衡理论告诉我们，远离平衡的非线性系统中存在一个广义势函数．这个势函数是个Lyapunov函数，满足Lvapunov稳定性准则，因此生命系统是个相对稳定的系统，本文依据非平衡系统理论的广义势函数，建立了可以描
述生命演化的势函数――熵势，经过对生命系统的分析，发现有一个尖拐型突变函数正好对应于熵势，并把它作为生命系统的特性函数加以应用，即用熵势来研究生命系统的相变特点和生命机体内部的作用力，得出了有意义的结论，为从整体上认识生命系统提供一种较科学的方法。 1 生命系统的特性函数――熵势 生命系统是远离平衡的非线性系统，其熵势可以通过非平衡系 统理论的广义势函数建立起来，非平衡系统既可用确定性演化方程描述也可用随机性演化方程描述，下面首先从随机层次建立广义势函数，再推广到生命系统的熵势，并根据生命系统的特点寻找能描述生命进化的熵势表达式。 1.1 非平衡系统的广义势函数
非线性科学和统计物理的研究告诉我们，一个小的随机力不仅仅对原有的确定性方程的结果产生微小的变化，它还能出乎意料的产生重要得多的影响，在一定的非线性条件下它能对系统演化起决定性作用，甚至 __改变宏观系统的命运，另一方面，这种无规的随机干扰并不总是对宏观秩序其消极破坏作用，在一定条件下它的相干运动可能在建立系统的“序”上起到十分积极的创造性作用。 描述远离平衡的非线性复杂系统的这种随机性常用含多变量的郎之万方程(LE)，即 (6)中的首项不仅在弱噪声情况下确定了FPE的定态性质，而且支配相应的确定性系统的Lyapunov性质，称其为非平衡系统的广义势函数， 1.2 生命系统熵势的建立 爱因斯坦关系为：
熵与人体
熵与人体 摘要：熵是一个古老而又年轻的概念,虽然教材上内容不多，但它有极强的生命力及非常广的应用。本文首先补充了如耗散结构、负熵等关于熵的一些热力学概念以及从热力学第二定律推导出的应用于生 物体的两个公式，然后对熵与人的疾病（如感冒、肿瘤）、衰老、生、死等现象的关系做出了一些浅显的说明。 关键字：熵人体熵变 1864年，根据热力学第二定律，法国物理学家克劳修斯在《热之唯动说》一书中，首次提出一个物理量和新的态函数——熵。1877年玻耳兹曼从现微观角度对熵做出了统计解释，首次提出了熵公式 S=klnΩ， 1943年，薛定谔在《生命是什么》一书中首先提出了负熵的概念，指出有机体是依赖负熵为生。从此，生命与熵进入了众多科学家研究的视野。 一．熵变概念的拓展： ①耗散结构：对于一个热力学过程,其熵变为ｄＳ=ｄＱ/Ｔ.如果过程是不可逆的,则ｄＳ>0. 在如何阐明生命有机体自身的进化过程时提出了耗散结构的概念。耗散结构是指当体系处于非平衡时，通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持的一种稳定化了的宏观体系结构。它突破了热力学定律只适用孤立系统的限制，将其运用到开放系统。一个正常的生命体现可视为一个处于非平衡的开放系统，即是一个耗散结构。在开放系统中, 普利高津（Pringogine）将熵变写成
dS=diS+deS(1) diS表示系统内不可逆过程导致的熵产生,deS表示熵流。热力学第二定律指出,diS恒为正,是熵变的正增量。deS可为正,也可为负。对于孤立系统,des=0,热力学第二定律可写成dS=diS≥0；对于开放系统,当deS为负值(负熵流)且｜deS｜>｜diS｜时,则有 dS=diS+deS≤0，即负熵流可使总熵减少,由相对无序状态向相对有序状态发展；若dS=0,有diS=-deS,系统处于有结构的平衡状态。 ②负熵：Ω是无序的度量，它的倒数1/Ω可以作为有序的一个直接度量，玻尔兹曼的方程式还可以写成这样：-S=kln(1/Ω),即负熵。负熵的来源有两类：一类是“有序来自无序”即有机体吸收外界无序经过加工变为自身有序，这就是所谓“加工成序”，如氧气。另一类是“有序来自有序”即将从外界获得的秩序进行同化变成自身的秩序，这就是所谓“同化成序”，如，碳水化合物、液态水等。有机体生成过程就是从外界吸收这些低熵物质并消耗以满足正常生命活动和脑 力活动需要，同时产生大量废渣等高熵物质，如CO2：、尿、汗及其他排泄物，以此来与熵增作斗争。 ③熵具体应用于生物体根据开放系统的热力学理论可以算出,其 熵变ΔS=ΔQ/T- μjΔeNj/Ｔ- μjΔiNj/T(2).式中,ΔＱ代表生命系统与外界环境交换的总热量,ΔeNj代表生命系统与外界所交换的第ｊ种组元物质的摩尔数,ΔiNj代表生命系统内部各种生化反应所引起的第ｊ种组元物质摩尔数的增加,μj为第ｊ种组元物质的化学势,Ｔ为生命系统(人)的温度。如果我们用ΔＱ吸表示生命系统从外界吸收的热量,用ΔＱ放表示生命系统向外界放出的热量;用Ｓ0表示生
三体有感-从熵看文明发展的风险
从熵看文明发展的风险 再先进的文明，都有他的弱点，从进化论我们知道，进化本质上是为更好适应环境做出选择，是一种在那种环境下生存繁殖而不得放弃什么和强化什么的选择，任何文明，只要存在进化机制，他们的弱点就是环境变化，在另一个完全不同的环境中，他们已有的进化机制可能不再是优点，不再有利于生存和繁殖，三体也是一样，当他们来到地球，地球人的这种欺骗策略机制是他们祖先早就淘汰的机制（这好比天花病毒，通过人类多代免疫疫苗，天花已经无法在人类中继续传播，这是人类利用科学技术解决环境问题的例子，在天花方面，人类已经不需要这种免疫机制了，1979年10月26日联合国世界卫生组织在肯尼亚首都内罗毕宣布，全世界已经消灭了天花病，并且为此举行了庆祝仪式。目前，世界上有两个戒备森严的实验室里保存着少量的天花病毒，它们被冷冻在-70 ℃的容器里，等待着人类对它们的终审判决。这两个实验室一个在俄罗斯的莫斯科，另一个在美国的亚特兰大。世界卫生组织于1993年制定了销毁全球天花病毒样品的具体时间表，后来这项计划又被推迟。因为病毒学家和公共卫生专家们在如何处理仅存的天花病毒的问题上发生了争论：是彻底消灭，还是无限期冷冻? 但如果环境发生变化，天花再次出现，我们前期的机制将不再有利于我们生存，也就是过度依赖医学技术不一定是好事，好比我们不能过度依赖人工智能一样，过度依赖外在
条件，适应环境变化能力也越弱，这在熵原理已被证实，宇宙中的自然状态是无序化，有序必定是有能量维持，如果没有能量维持，所有事物最终将归结均衡无序，例如万有引力维持星体运行有序，法律警察维持社会有序，打扫卫生维持房间物品有序，食物水维持身体器官机能有序等，越是远离无序，需要的能量越大，现代人类生存环境已经高度有序了，每天吃饭时间规律，睡觉安全规律，情绪也难有较频繁的波动，生活稳定安康，而我们祖先，完全不具备这些保障，而这些有序，是依靠大量能量维持的，我们现代人均消耗各种能源和能量远大于祖先，可以预见，未来人类需要更多的能量维持更有利于自身生存繁殖的有序，这种高度反熵（降熵）机制越进化，适应变化越脆弱，维持能量发生中断，能量传递途径发生变化，有序间存在冲突等都会产生灭亡危机，例如，我们地球上已知的资源以我们目前消耗速度，再过几百年后将消耗完毕，如果那时人类还没有进化出更高效的机制维持熵（降熵），人类将灭亡或采取其他适应机制进化。 环境如何变化不是我们所能决定的，这在高等文明中是否有效不得而知（如果能决定那肯定要消耗大量能量维持，宇宙是熵增机制）。随着科学技术进一步发展，我们可以预见人类还会解决更多的疾病，可以在未来，我们也不需要发烧、咳嗽等机制了，目前我们已经不需要脂肪大量储存机制，我们用外在的食物稳定保障概率逐步淘汰自身应对变化的脂肪储存机制。三体随着科学技术发展，欺骗机制已经无法获得利益，所以这种机制就淘汰了，我们人类虽然也进化出
人生与熵(究竟的开始)
人生与熵（究竟的开始） 物理学有一个高度概括的定律，就是关于熵的定理，大意是这样的：任何物体（物质）在没有吸收外界能量的条件下，总是朝熵增加的方向变化。所谓熵，指的就是无序的程度。无序的程度越高，熵值越大。这个熵的定律通俗地解读，就是说，任何物体想提高其有序性，必须吸收更多的能量。之所以说这是一个高度概括的定律，是因为这个定律反映了宇宙界的一个普遍的现象，适合于有机界、无机界，适合于自然界，也适合于社会，适合于生命物质，也适合于非生命物质。与“物质是运动的”，“物质运动具有波动性”诸如此类的哲学例题有点类似，具有高度的概括性和普适性。所以，把关于熵的定律提高到哲学定律的高度也未尝不可。 将这个定律换一种说法，就是你想把某个东西变得更高级（更好，更有序），你得对它做功！更为通俗的说法还有：天上不会掉馅饼下来；世上没有免费的午餐；想要收获，必须有付出；天道酬勤；等等。 反过来说，你不想对它做功，它会自然向熵增大的方向发展。 所以，自然界就存在下面司空见惯的现象： 打碎一只碗比烧制一只碗容易得多； 把一堆码好的积木踢散比收拢它们并码放整齐容易得多； 一个人死去并腐烂只要几天时间，但长成人却要几十年时间；
学好三年，学坏三天； 建好一幢大厦要几年，烂毁它只要几秒； 搞好一个企业要数十年持之以恒，但搞垮它也许只要几十天。 事实上，世界的物质存在两种变化，一种是向有序方向发展，另一种相反。两种变化相互转化。打一个比方：一粒种子可以发芽生长成一棵大树，这是朝着熵变小的方向发展，但有一天开始，这棵树开始枯萎，最后死亡，腐烂成泥，这是朝熵增大的方向发展。这种相互之间的变化周而复始，构成了一个基本的运动周期。 那么为什么有的时候或有的物质能够向有序化发展，而有的时候或其它物质却相反呢？物理学家发现，要想使物质朝有序化方向发展，这个物质必须具备一种特殊的结构，即耗散结构：即具备能够吸收外界能量并实现能量有效转化的结构。一个最为简单的耗散结构包括以下几个基本组成部分：入口结点、能量转化功能、出口结点。打一个比方，健康的人个体就是一个耗散结构：嘴为能量入口，体内器官为能量转化功能器，肛门等排泄器官则为出口。一个耗散结构能够实现吸收外界能量，将一部分转化为提高自身能级的能量留在体内，剩余的能量则通过出口排出体外。 所以，从熵的定律及耗散结构理论角度来说，生命的本质就是耗散结构。如果耗散结构遭到了破坏，个体无法实吸收外界能量的功能，则意味着生命的终结！
生命过程与生物熵
生命过程与生物熵 作者：马远新安虎雁毛莉萍 【摘要】利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析，建立了正常生命过程的生物熵变数学模型，并对模型的数值变化进行了分析，探讨了生命过程中负熵流与熵增的变化趋势以及原因。 【关键词】生物熵；耗散结构；生命过程 1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。20 世纪60 年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念［1］。这种广义熵的提出, 阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性［2］。 各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较
为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型, 用以描述生命过程的熵变。 1 生命的自组织过程中的公式模拟 一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。 一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。自组织现象可以通过下面过程说明：
生命与熵
生命与熵 摘要主要通过对克劳修斯熵和玻耳兹曼熵的讨论，把孤立系统的熵的概念延伸到开放系统，即生命系统中去，并分析生命系统的自然变化及患病变化的过程在本质上与熵的联系。 关键词熵；生命过程；生命系统；耗散结构 1 克劳修斯熵与玻耳兹曼熵的讨论 1.1克劳修斯熵 根据卡诺循环，可推出克劳修斯不等式，即dS ≥( dQ/T)。由于各种热力学过程其不可逆性都可以归结为热功转换的不可逆性，所以，克劳修斯不等式适用于各类热力学过程的方向及限度的判断。据此，热力学第二定律可归纳为“孤立系统中发生的任意过程总是向着熵增大的方向进行。”显然热力学第二定律对于生命系统来说是不正确的，这是因为生命系统不是一个孤立系统，它与外界既有能量交换也有物质交换。 1.2玻耳兹曼熵 玻耳兹曼熵S = k lnΩ，k为玻耳兹曼常数，Ω为热力学概率，即某热力学状态对应的微观状态数，也就是系统处于该状态时混乱度的度量。这从微观上解释了熵增加原理所表示的孤立系统中热力学过程的方向性,相应于系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态过渡, 直到热力学概率最大的平衡态为止。熵的本质就是系统无序度的量度，这不仅适用于孤立系统，同样适用于生命系统这个开放系统。 2生命系统的耗散结构
一些非生命物质的运动通常会自动趋向于热力学平衡状态，而生命现象，如生长、发育、结构进化等呈现出远离热平衡态。它们从环境中吸取能量，降低自身内部的熵值，获得结构和功能上更高的有序度，维持着耗散结构。作为开放系统的生命体内过程熵变可写作: dS = deS +diS ，其中deS 表示生命体通过代谢活动（与外界交换能量、物质和信息）由外界引入的净熵，其值可正可负；diS 表示生命体内部的熵产生，是由生命体内部各种不可逆过程（异化作用或同化作用）引起的，其值恒为正。生命活动正常与否可由dS =deS +diS 进行讨论,包括以下3种情况: （1）若dS/dt >0, 即diS/dt >-deS/dt ,这时生命体所引入的负熵流不足以抵消内部的熵产生,熵变为正,此时生命体将面临消亡， （2）若dS/dt =0, 即diS/dt =-deS/dt ,此时系统由外界吸取的负熵流抵消了内部熵产生,于是生命体处于正常稳态。 （3）若dS/dt <0 ,即diS/dt < -deS/dt ,则系统由外界吸取的负熵流足够大,从而使生命体变得更有序而充满活力,生命体将进行和发展。 基于第三种情况，有人提出了负熵的概念，即必须有足够大的负熵流（deS）供给生物体来抵消正的diS。如生物体吸取的食物,通常含有高度有序的低熵高分子，如淀粉、蛋白质等，而排泄出高熵物质，使熵不断流出（deS < 0），抵偿其内部由不可逆过程所产生的正熵（diS > 0）。 3生命过程中的熵变化 0 岁到10岁左右是生命成长发育的过程，生物体的结构从有序发展为更有序，此时dS应小于0，即|deS|< diS，系统得到负熵，熵减少，有序度增加。10岁到20岁作用是生命体基本生长的过程，此过程中系统的熵变由负逐渐趋近于零，
生命过程与生物熵(一)
生命过程与生物熵(一) 作者：马远新安虎雁毛莉萍 【摘要】利用耗散结构理论通过生物熵在生命过程的变化分析，建立了正常生命过程的生物熵变数学模型，并对模型的数值变化进行了分析，探讨了生命过程中负熵流与熵增的变化趋势以及原因。 【关键词】生物熵；耗散结构；生命过程 1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。20世纪60年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念〔1〕。这种广义熵的提出,阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性〔2〕。 各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统,生命现象也与熵有着密切关系,生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量,称为生物熵。本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型,用以描述生命过程的熵变。 1生命的自组织过程中的公式模拟 一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。 一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。自组织现象可以通过下面过程说明：①蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程〔4〕。这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。而自组织有序度的提高,也必然会导致生物熵的进一步减少。 ②生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于0的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。 ③衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律〔5〕。 生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。 dS=dSi+dSe 式中,dS为微熵即熵变,表示热力学体系在某一状态时的熵变；dSi为系统内不可逆过程产生的熵,dSi≥0；dSe是开放系统与外界环境交换物质、能量产生的熵流,其符号可正可负。 根据生命过程可以建立一个简单数学模型描述生命过程的熵变。
熵和焓的理解
熵 entropy 描述热力学系统的重要态函数之一。熵的大小反映系统所处状态的稳定情况，熵的变化指明热力学过程进行的方向，熵为热力学第二定律提供了定量表述。 为了定量表述热力学第二定律，应该寻找一个在可逆过程中保持不变，在不可逆过程中单调变化的态函数。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出，对任意循环过程都有Image:熵１.jpg，式中Image:熵２.jpg Q是系统从温度为T的热源吸收的微小热量，等号和不等号分别对应可逆和不可逆过程。可逆循环的Image:熵３.jpg表明存在着一个态函数熵，定义为 Image:熵４.jpg 对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在不可逆绝热过程中单调增大。这就是熵增加原理。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热过程，所以熵增加原理也可表为：一个孤立系统的熵永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统达到平衡态时，熵达到最大值。熵的变化和最大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度，熵增加原理就是热力学第二定律。 能量是物质运动的一种量度，形式多样，可以相互转换。某种形式的能量如内能越多表明可供转换的潜力越大。熵原文的字意是转变，描述内能与其他形式能量自发转换的方向和转换完成的程度。随着转换的进行，系统趋于平衡态，熵值越来越大，这表明虽然在此过程中能量总值不变，但可供利用或转换的能量却越来越少了。内能、熵和热力学第一、第二定律使人们对与热运动相联系的能量转换过程的基本特征有了全面完整的认识。 从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。 在信息论中，熵可用作某事件不确定度的量度。信息量越大，体系结构越规则，功能越完善，熵就越小。利用熵的概念，可以从理论上研究信息的计量、传递、变换、存储。此外，熵在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域也都有一定的应用。 注：熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。 焓 enthalpy 热力学中表征物质系统能量的一个重要状态参量，常用符号H表示。对一定质量的物质,焓定义为H＝U+pV,式中U为物质的内能，p为压力，V为体积。单位质量物质的焓称为比焓，表示为h＝u+p/ρ,u为单位质量物质的内能（称为比内能），ρ为密度，1/ρ为单位质量物质的体积。焓具有能量的量纲。一定质量的物质按定压可逆过程由一种状态变为另一种状态，焓的增量便等于在此过程中吸入的热量。
熵与生命论文
熵与生命 童海港 （绍兴文理学院化学化工学院化学061 浙江绍兴 312000） 摘要：熵增原理阐述了在封闭系统及与其相对应的环境所组成的孤立系统中，任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向演化。但对生命物质来说，其演化过程恰好与上述情况相反。这难道真的是一对矛盾吗？本文将对此进行简单的阐述。 关键词：熵生命负熵耗散结构 一、熵的概念 1867年，德国物理学家克劳修斯(Clausius)在法兰克福举行的第41届德国自然科学家和医生代表大会上，提出熵的概念和宇宙的热寂说，引起人们的极大关注，从此“什么是熵”在科学史上引起了广泛的讨论．爱因斯坦(Einstein)说：熵理论对于整个科学来说是第一法则。所谓熵，是反映一个系统宏观态所具有的微观态数目或与热力学几率有关的物理量，它是系统无序性的量度。1865年克劳修斯在研究卡诺定理的基础上给出了克劳修斯不等式，从而引入了熵的数学表达式。 二、熵与生命过程 达尔文的进化论认为，地球上的生物，随着环境的变迁，有一个由低级生命形态向高级生命形态逐渐进化的必然趋势，生物是由单细胞进化到多细胞的，从无序到有序的过程。但是这与克劳修斯提出的熵增加原理：任何过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向演化的理论岂不是矛盾吗？ 1943年，薛定谔(Schrodinger)在都柏林三一学院讲演中指出：
“一个生命有机体的熵是不可逆地增加的，并趋于接近最大值的危险状态，那就是死亡。生命体作为一个非平衡的开放系统要摆脱死亡，从物理学的观点看，唯一的办法就是从环境中不断汲取负熵来抵消自身的熵增加，有机体是依赖负熵为生的。更确切地说，新陈代谢中本质的东西，乃是使有机体成功地消除当自身活着的时候不得不产生的全部的熵，从而使其自身维持在一个稳定而又很低的熵的水平上。”因为熵是无序性的量度，所以负熵是有序性的量度。 普利高津在研究不违背热力学第二定律的情况下，如何阐明生命有机体自身的进化过程时提出了耗散结构的概念。耗散结构是指当体系处于非平衡时，通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持的一种稳定化了的宏观体系结构。它突破了热力学定律只适用孤立系统的限制，将其运用到开放系统。一个正常的生命体现可视为一个处于非平衡的开放系统，即是一个耗散结构。作为开放系统的生命体内在远过程里熵的改变量可表示为ds=ds i+ds e，其中ds i为生命体内的所有不可逆过程(消化、吸收等过程)产生的熵变，其值恒大于或等于零；ds e 为生命体与外界交换物质与能量而产生的熵变，亦称熵流，其值可正、可负、或为零。对于一个孤立系统其也ds e=0，则ds=ds i≥0，这就是我们所说的熵增加原理。对于生命体这个开放系统，其dS e≠0，若有生命体从外界获得负熵流(ds e<0)，并且有获得的负熵流大于生命体内部产生的熵变，即∣ds e∣>∣ds i∣时，则有生命体的熵变(ds<0，这时系统的熵是减少的，因而系统的有序性增加，这意味着生命从一定的有序结构上升到更高的有序结构，这就是生命体的发育、生长过
阅读材料：生命系统与熵定律
生命系统与熵定律 熵，平均信息量，熵在封闭的热力体系中不能做功的一定数量的热能的计量单位，随机计量单位在封闭体系中对无序和随机的计量单位，在信息论中，对被传送的信息进行度量所采用的一种平均值。 热力学有两个定律，第一定律也称为能量守恒定律，指出宇宙的能量总和是一个常数，既不可能增加，也不可能减少。热力学第二定律就是著名的熵定律，她指在一个封闭的系统里，能量总是从高的地方流向低的地方，系统从有序渐渐变成无序，系统的熵最终将达到最大值。这是一个不可逆的过程。 生命系统就是根本不服从熵定律的一个庞大的世界。那么生命系统真的不服从熵定律吗？让我们先看看一个人的生命周期过程：受精卵在母体内开始进行细胞分裂和复制，逐渐形成胚胎的各种器官，成熟后便诞生出世。随着婴儿的成长，各种器官与器官功能日趋完善，越来越有序化。谁也不会否认，当孩子渐渐长大，他体内储存的能量也就与日俱增了。不仅一个人是如此，每当我们观察任何一种生命个体时，都会发现这个“能量从低向高流动”的熵定律的逆过程。 不但每个生命个体是如此，整体生物进化过程本身就代表着日益增长的秩序的不断积累。就连某种生物群体内部也一样，例如主人群组成的人类社会。人类社会本身也是一个封闭系统，无疑是附合熵定律条件的。 可恰恰在人类社会这个系统中，同样存在着实实在在的熵定律的逆过程。古往今来，人类社会的历史总是贫的越贫，富的越富，社会变得越有序，直到爆发一场社会动荡，例如农民起义或世界大战。动荡使世界在瞬间从有序变回无序状态，再重新开始新一轮有序化过程。此外，从原始社会到今天的后工业社会，人类一直进行着能量积累，而且积累的能力和速度越来越快。正反馈与负反馈使人向着熵定律的反方向发展，这也可以说是生命的共性吧。这不禁使人联想到，我们过去把生命定义为“能够自我复制的过程”，而今天，我们似乎应当给生命下一个更深刻的定义：“生命是一个从无序到有序的发展过程。”这是一个与非生命的自然界截然相反的过程，而且是一个主动的过程。从无序到有序的过程本身也是结构创新的过程。 1∕1
试论述生态系统中熵与自然资源的关系
自然资源学原理作业 11资环2班11250802210 试论述生态系统中熵与自然资源的关系。 一、自然资源与熵的关系 按热力第二定律，宇宙的熵在不断地增加，意味着越来越多的能量不能转化为有效能了，于是一切运动过程邪将停止，宇宙将走向“热寂”。生态系统并不是封闭的而是开放的，开放系统不断与外界交换能量与物质，形成足够的负熵流，使系统的总熵不增长甚至减少。 在自然资源当中熵与负熵是并存的，在地球不断接受太阳能并将其作各种转化的过程中，地球的熵值不断下降，相应地物质与能量会形成具有结构的、非均匀分布的有序状态．形成自然资源；另一方面，人类在自然资源的开发利用过程中，又不断向环境散热，使熵增加改变地球物质与能量的结构和有序状态。 生物资源归根结底是来自太阳的负熵的聚集，化石燃料也是如此，尤机矿物要形成资源，需要有一定的富集程度，也是由太阳能所驱动的风化、沉积、搬运等过程所产生的，因此也可以看作是主要来自太阳能的负熵贮存。 熵的增加使气候变暖，从而对森林资源造成一定的影响：由于温度升高可使土壤温度降低．许多喜温性树种幼苗很难成活，从而使植物群落的组成会发生变化，甚至某些植物群落将消失或被另一些植物群落所代替；气候变暖，气候带迁移，植物带重新分布，一些动物还米不及迁移或?于海平面上升沿岸长期生活的某些动植物会随之消失，这势必会引起更多的物种灭绝；气候变暖可能造成非洲大陆热带森林加速减少，使得非洲受影响地区不稳定的生态系统情况遭到破坏。以全球而论，目前到2050年的气候变化，将使森林覆盖面积从自然植被的58％减到49％，沙漠从21％扩大到24％，苔原从3％减为0，自然生态系统因之而变，森林资源减少严重。 人们相信自然资源在经济和社会发展中的重要作用，能量主宰了宇宙中的一切。但是随着时代的发展，熵概念的重要性越来越突显出来了。人们越来越多的把它和无效能量，混乱度，废物，污染联系在一起，认识到了自然资源与熵的关系的重要意义。 二、自然资源的开发利用与熵的关系 熵从根本上揭示了人工自然演化过程中的客观规律，使人类看到自己开发利
生命与熵
生命与熵 （物理053 唐静亚 2005032031） 摘要：熵的概念来自物理学研究，但是它的应用早已超过物理学的范畴，对许多自然科学领域产生了重要的影响。本文研究生命现象中的熵，期望对丰富熵的内涵从而理解生命过程能有所裨益。 关键词：熵；麦克斯韦妖；生命 1 生物体的熵 1877 年,一生致力于用统计力学研究热运动的玻耳兹曼(Boltzmann) 指出:熵( S ) 是分子无序的量度，熵与无序度Ω(即某一宏观态对应的微观态数) 之间的关系为S = kln Ω (其中k 为玻耳兹曼常数) 这就是最著名的玻耳兹曼关系式，从此式可以看出,系统微观态数越多,系统越混乱,熵越大。熵不是一个模糊的概念, 它和其他物理量一样，可以定量地计算出来,显然从玻尔兹曼的微观定义式不便算出(其中的微观状态数Ω 不便给出)。 然而, 在玻尔兹曼提出他的熵公式之前的1865 年，克劳修斯(Clausius) 就在对可逆过程的宏观分析中引进了熵的概念并导出了熵的计算公式. 温度处于绝对零度时,任何一种物体的熵都等于零。当你以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时，熵的增量为d S =d Q/T 式中T 为过程中系统的温度，d Q 为该过程系统吸收的热量。对于有限的过程,经可逆过程从平衡态1 到平衡态2 时，其熵的变化为?=-2112T dQ s s 我们知道，对于开放系统，其熵变有两个来源，一是由于系统内部的不可逆过程引起的熵产I dS ，它总为正；另一部分是由于系统和环境交换物质或能量而引进的熵流R dS ，它可以大于零、小于零，也可以等于零。而系统总熵变则为这两者之和，即 d S = d S I + d S R 系统能否朝有序的方向发展即系统总熵变是正还是负，取决于熵产与熵流的大小与正负，一个系统的熵产总是正值，即d S I > 0，如果d S R < 0，且d S R > d S I 就会有d S < 0，此种情况下系统的总熵值会减小，系统会朝着更有序的状态发展。首次把熵与生命联系起来的是奥地利理论物理学家，量子力学创始人薛定谔( ErwinSchrêdinger)，他在1944 年发表的专著《生命是什么?》中指出；自然界中正在进行的每一种事件都意味着它在其中进行的那部分世界的熵在增加，趋于接近最大值熵的危险状态，那就是死亡，惟一的办法就是从环境里吸取负熵,以抵消熵的增加，“明白的回答是靠吃、喝、呼吸以及(植物是) 同化.??专门术语叫新陈代谢. ”如果把生命体看成一个简化的热力学的恒温系统,其熵产来源于系统内部进行的不可逆过程.熵流则是在新陈代谢过程中与环境进行物质和能量交换时所获得的,据经典热力学理论,在这个过程中有d h = d f + T d S 式中d h 代表人体在无限小的时间内,由糖类、脂肪及蛋白质分解代谢中释放的能量； d f 为自由能,又称之为“ ”(即转化为有用的能量) ，它等于绝对温度乘以熵减。 对于等温过程,自由能与熵减成正比，自由能携带着熵减，它是熵减的载体。这种能主要提供人体的基础新陈代谢，包括各系统、内脏和器官正常运动所需的能量、
江苏省启东市高三语文 第一单元 熵 一种新的世界观(节选)教案
江苏省启东中学高三语文第一单元：熵：一种新的世界观（节选） 背景资料 1、背景知识 1865年，德国物理学家克劳修斯首次将熵这个概念引入热力学，用来阐明热力学第二定律。1877年，奥地利物理学家玻耳兹曼提出了玻耳兹曼关系式，建立了熵与系统微观性质的联系，赋予了熵统计学的意义。1929年，匈牙利物理学家西拉德又阐述了熵与信息的关系，揭示了熵的新的意义。在热力学中，熵是测定不能再用来做功的能量的量；在统计物理学中，熵是衡量微观系统无序程度的量；在信息论中，熵成为信息不确定度的量。如今，不仅在科技领域，而且在社会科学甚至人文科学领域，都随处可见到熵这一概念。1959年，英国当代著名作家斯诺在剑桥大学作了一次讲演，题目是“两种文化及再谈两种文化”，指出人文科学和自然科学的对立造成的文化分裂，致使人文学者和科学家再也无法就同一重大社会问题共同进行认真研讨。他认为，一个作家对热力学第二定律毫无所知，就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。 美国当代著名社会学家里夫金和霍华德1981年出版了《熵：一种新的世界观》，从热力学第二定律出发，对熵这一物理概念作了哲学阐释，论述了政治、经济、教育、宗教等诸多领域的许多重大问题，在西方学术界引起震动。 《熵：一种新的世界观》一书，特别对科学技术的迅速发展所带来的负面影响作了深刻的分析，指出科学技术在创造财富的同时，也给人类制造出许多垃圾。这种对科学文化的批判，是有其学术背景的。 现代科学不过仅有几百年的历史，然而它却从根本上改变了我们这个世界。科学技术解放了人类的体力甚至脑力，提高了我们的生活品质。科学意味着福音，我们无时不在享受科学技术的发展所创造的现代文明。英国历史学家汤因比说，科学已取代了传统的宗教，成为现代人的新宗教。然而，科学作为一种文化，也并非完美无缺。它在传播福音的同时，也不自觉地扮演着魔鬼。对技术进步的乐观，对物质增长的贪求，使人类陷入种种困境，如环境污染、能源危机、战争威胁等。1972年，西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困境的研究报告，名为“增长的极限”，第一次系统地论述了科技发展、生产力提高以及经济增长和自然资源、生态环境的关系，提出了“增长的极限”的理论，指出人口和经济的增长，必然耗尽世界上不可再生的自然资源，同时污染环境，威胁人类生存。罗马俱乐部的报告，向世人敲响了警钟，对近代西方文化中经济无限增长的癖好作了批判。《熵：一种新的世界观》就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。它所讨论的社会问题，比《增长的极限》要广泛、深入得多。 2、关于生命系统与熵定律 那么，熵定律又是什么呢？1972年，美国马萨诸塞理工学院的丹尼斯·米都斯领导的一个17人小组向“罗马俱乐部”提交了一份题为“增长的极限”的报告以后，在世界范围的政治、经济、科学、哲学界引起相当大的波动。在于民告引起的那场广泛争论中，杰里米·里夫金和特德·霍华德又发表了著名的著作《熵，一种新的世界观》。这是一本论述热力学定律，并由之探讨人类乃至宇宙前途的书，其涉及的领域比“报告”更广泛，意义也更深远。现在让我们先看看究竟什么是热力学定律。 热力学有两个定律，第一定律也称为能量守恒定律，指出宇宙的能量总和是一个常数，既不可能增加，也不可能减少。热力学第二定律就是著名的熵定律，它指在一个封闭的系统里，能量总是从高的地方流向低的地方，系统从有序渐渐变成无序，系统的熵最终将达到最大值。这是一个不可逆的过程。 生命系统就是根本不服从熵定律的一个庞大的世界。大约40亿年前，地球刚刚形成不久，
资料 生命与负熵
资料生命与负熵 这是EagleFantasy写的一篇物理小论文，我很喜欢，能让我对熵有点儿了解，为什么要了解熵，因为在我的头脑里一直存在着一个平衡系统（从长趋势周期看，今天所做的何事、说的何话都会对将来产生叠加结果，通俗一点讲就是任何的谎言都会有被拆穿的一天），至于靠不靠谱就得进一步去证实。 原文：生命与负熵 热力学第二定律说道：在孤立热力学系统中，系统的熵永不减少。熵是用来表征系统混乱程度的物理量，因此这条定律实际上是在说，孤立系统的混乱程度永远是在增加的。直到达到热平衡，系统的熵达到了极大值，系统状态将不再改变，归于沉寂。“落叶永离，覆水难收；欲死灰之复燃，艰乎其力；愿破镜之重圆，冀也无端；人生易老，返老还童只是幻想；生米煮成熟饭，无可挽回。”无数自然现象，无不印证着熵增原理的正确性。 然而，生命现象却似乎是个例外。生命是一种总是维持低熵的奇迹。一个生命，在它活着的时候，总是保持着一种高度有序的状态，各个器官各个细胞的运作井井有条。它并不会立即达到一种类似热力学平衡的不再活动的状态，相反，生物能够主动“做某些事情”、运动以及不断与外界进行物质能量交换恰恰是生物区别于普通物体的一个重要因素。而一个生命一旦死去，就会很快被熵增原理的强大威力给收服，很快将趋于热平衡状态，变成一片死寂的一堆极其无序的物质。那么，究竟是什么原因使得生命看似违背了普适的熵增原理呢？ 问题的根源就在于，热力学第二定律只是用于“孤立系统”，即与外界没有物质、能量交换的系统。而生命之所以能长时间维持自身处在低熵有序状态，其秘诀正是在于它与外界的物质能量交换，即新陈代谢。 我们要搞清楚的是，新陈代谢的目的本质并不是交换物质。构成我们身体的原子，无非就是碳氢氧氮磷硫，和外界的普通原子没有什么区别，仅仅交换原子并不能给生命带来直接好处。 更应该明确的是，新陈代谢的目的本质也不是交换能量。似乎很长一段时间里，人们一直把吃饭喝水看成是单纯的吸收能量，认为生命以能量为生，而且至今大部分没有学过物理学的人也是这么看待的，人们满足于这样一种简单的理解。但是，“其实这非常荒唐，因为一个成年有机体所含的能量跟所含的物质一样，都是固定不变的。既然体内一个卡路里跟体外一个卡路里的价值是一样的，那么，确实不能理解单纯的能量交换究竟有什么用处。” 那么，新陈代谢的本质究竟是什么呢？到底是怎样一种物理过程使得生命得以维持低熵，避免死亡呢？其答案就是，从环境中不断地汲取负熵，生命以负熵为生。或者说新陈代谢的本质就是，从外界不断地汲取负熵，以抵消生命运作过程中不得不产生的熵增。 负熵就是熵的对立，熵代表的是无序，而负熵表示的则是有序。汲取负熵，可以简单的理解为从外界吸收了物质或者能量之后，使系统的熵降低了，变得更加有序了。因此，我们吃的东西必须本身非常有序，即食物必须低熵，所以我们动物只能吃生命。植物则有所不同，对于植物来说，最根本的负熵来自太阳的阳光。阳光是整个地球上所有生物所汲取的负熵的根本来源。因此，我们以后不要只感谢太阳带给我们的无限能量，一定要在后面加上一句，感谢太阳带给我们的负熵！与此同时，我们的身体不断地向外界辐射红外线，这就是带走生命运作增加的熵的一种方式；另一种方式是排泄，显然排泄物的混乱程度是比我们的食物更高的。 有人可能会问，钻石之类的晶体，它们的熵也是很低的，如果新陈代谢只是为了汲取负熵，为什么人们不能吃钻石为生呢？我们所能给出的回答是这样的，钻石确实是处在一种低熵的状态，这点大家都承认。但是生物体本身的熵很低，要维持这样一种低熵状态本身一定是一件很难的事情，需要很复杂的机制才能做到这一点，所以人们能吃的东西就不仅仅低熵就可以了，而是通过自然选择，仅仅只有某一小部分低熵的物体是可以被吸收利用的。真实
熵与生命的关系
熵与生命的关系 熵的定义：表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。 定义2：热力系中工质的热力状态参数之一。在可逆微变化过程中，熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比，可用于度量热量转变为功的程度。 熵指的是体系的混乱的程度，它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用，在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义，是各领域十分重要的参量。熵由鲁道夫·克劳修斯提出，并应用在热力学中。后来在，克劳德·艾尔伍德·香农第一次将熵的概念引入到信息论中来。 按照一些后现代的西方社会学家观点，熵的概念被其移植到社会学中。表示随着人类社会随着科学技术的发展及文明程度的提高，社会“熵”——即社会生存状态及社会价值观的混乱程度将不断增加。按其学术观点，现代社会中恐怖主义肆虐，疾病疫病流行，社会革命，经济危机爆发周期缩短，人性物化都是社会“熵”增加的表征。 现在让大家看看我在网络中看到的熵与生命有着何种联系，下面是我看到的一篇论文中的部分内容，自我感觉它写的很好： 1 熵理论的宏观意义及其与生命体系的关系 生物体最基本的特征之一是物质代谢,伴随着物质代谢所发生的一系列能量转变即能量代谢,是生物体基本特征的另一方面。生物系统不断地从周围环境中摄取物质,经一系列生化反应合成、转变成自身需要的组分,又将原有的组分通过一系列生化反应变为废料,排出体外,并伴有能量变化。熵作为一种状态函数,其改变值可正可负,所谓负熵是指生命通过各种能量交换传递使体内或局部熵减小。 1943 年,薛定谔在都柏林三一学院所作的讲演中首次利用热力学和量子力学理论来解释生命的本质,提出了负熵的概念。他指出:一个生命有机体的熵是不可逆地增加的,并趋于接近最大值的危险状态,那就是死亡。生命体作为一个非平衡的开放系统要摆脱死亡,从物理学的观点看,惟一的办法是从环境中不断吸取负熵来抵消自身的熵增加,可见有机体是依赖负熵维生的。更确切地说,新陈代谢的本质是使有机体成功地消除当自身活着的时候不得不产生的全部熵,从而使自身维持在一个稳定而又较低熵的水平上。如果说熵是无序性的量度,则可以认为负熵是有序性的描述。因此生命体为了维持生命而不得不从外界吸取某种意义上的秩序。但是在外界条件变化到某一特定阈值时,量变可能引起质变,系统通过不断地与外界交换能量和物质,就可从原来的无序状态,转变为一种时间、空间或功能上的有序状态,这种非平衡态下新的有序结构,称为耗散结构。所以,生物有机体为保持低熵的稳定状态就必须不断地与环境进行物质交流,吸进负熵以维持生命。 2 熵理论在病理学中的应用