很多人把热力学里的熵定律套用在生活上，把熵增哲学化，这样做真的符合定律本身吗？熵定律没有其适用范围吗？ 第1页

物理学熵，信息熵：严谨的数学理论

将熵用于生物学：有一定道理，毕竟薛定谔写了本那什么书；但是并不放之四海而皆准

用到其他方面：就当厕所读物看吧

科学概念哲学化，也是科学的价值体现之一。

熵的适用范围，用一句话概括，那就是“孤立系统熵增”！

什么是“孤立系统”？

在热力学中，孤立系统值得是与外界不存在物质和能量交换的系统！

比如地球，是一个孤立系统吗？地球是熵增的吗？

地球不是孤立系统，因为太阳不断向地球输入能量，地球的熵，不是一直增加的，所以用熵增解释地球毁灭，这是行不通的。

人体是一个孤立系统吗？

也不是，因为人无时无刻都存在着跟外界的物质交换，呼吸吸入氧气，排出二氧化碳，还有要吃饭，摄入能量。所以人也不是孤立系统，说人是熵增的，也不科学。

而如果说太阳系是一个孤立系统，如果太阳系与周围星系之间的物质和能量交换可忽略的话，太阳系是可以视为孤立系统的。这个系统是熵增的，太阳的能量总有用完的一天，太阳系最终会走向灭亡。

宇宙就是由无数个太阳系组成的，热寂说中说的宇宙会最终走向灭亡，也是如此。

综上，熵增的适用条件，就是孤立系统，如果某系统不能视为孤立系统的话，也就是跟外界存在明显的物质和能量交换，那说该系统熵增，就是错误的。

即使是将其哲学化，也不能违背这一前提，同样需要给定合理的体系，才能正确使用熵增来回答哲学问题。

我假设题主所说的“熵定律”指的是热力学第二定律

首先，热力学当然是可以套用在生活上的，我们日常用到的电力、能源、化工、材料等等，几乎每一个角落都有热力学的应用在里面。在我们日常生活中也很常见啊，最简单的，不懂第二定律，空调冰箱的能效指标你就搞不明白啊。

其次，熵、以及熵增，从来就是哲学中的一个热门话题。自从统计力学诞生，到现在一百多年间，关于统计力学的诠释问题一直就没有停止争论过。粗略地说，“熵是混乱度”、“熵是不确定度”、“熵是系统的性质”、“熵是系综的性质”、“熵是客观性质”、“熵是主观认知”等等互相不服的学派不一而足。甚至可以说，热力学和统计力学是当代物理、哲学界最富争议的一个领域。Uffink这样说^[1]：

Unlike quantum mechanics or relativity, this field (statistical mechanics) lacks a common set of assumptions that is accepted by most of the participants; although there is, of course overlaps. …… nearly all schools claim of the founding fathers, Maxwell, Boltzmann, and Gibbs as their champions.（不像是量子力学或相对论，统计力学中并没有被大家一致接受的一组基本假设，虽然这些假设之间有重叠的部分。……但几乎所有的学派，都宣称这个领域的奠基者麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯是他们的领袖）

哲学争论在早期统计力学的发展过程中起到过至关重要的作用。

所以说，像绝大多数物理理论一样，热力学本来就应该在生活中套用的。并且关于它的哲学讨论一直以来就是严肃的、有益的。我这里猜测题主的问题不是这样的套用和这样的哲学讨论，而是一些鸡汤文中对熵和熵增的滥用和似是而非的推广。

如果是这样的话，请慎用“哲学化”这样的措辞。这些鸡汤讨论和哲学毫无关系。现代哲学已经进入到了非常专业化的时代，外行人不是学了两年马哲就有资格来评头论足的。在当代科哲或物理哲学领域的一些大家，他们在纯物理领域往往也都有不俗的建树，其本身的物理学修养就要远高于一般物理专业人士。现代科哲研究，已经远不是以前的那种纯思辨的泛泛讨论（其实个人观点，这个风气是被黑格尔带坏的，之前的哲学大家诸如笛卡尔、康德、莱布尼兹都是数学或科学方面的大神），而是更加专注于理论结构和理论语言的分析，没有深厚的理论基础是不可能的。对这些鸡汤，可以称之为“娱乐化”、“庸俗化”等等，就是不能称之为“哲学化”。

我这里想说的是，大家在批判这种娱乐化和庸俗化的时候，也应该自省。自己首先要做到严谨。比如说本问题下面好多答主都在说热力学第二定律只适用于孤立系统。这无疑是错误的。热力学第二定律可以表述为，“孤立系统的熵总是不减的”。这不代表它只能适用于孤立系统。就好像第一定律也可以表述为“孤立系统的能量总是不变的”，不代表能量守恒只适用于孤立系统。在几乎所有的高等热力学课本、乃至于相当一部分本科热力学课本中，都会有专门的章节，来讨论开放系统中的热力学第二定律。

我们不妨看看其他表述形式：

不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

这是开尔文表述。很显然，这个过程涉及到吸热和做功，怎么可能只是孤立系统？

再比如说克劳修斯不等式：

这难道不是热力学第二定律？如果仅仅局限于孤立系统，哪里来的 ?

再比如说，一般的开放系统中也完全可以应用热力学第二定律：

最广泛最普通的在开放系统中应用热力学第二定律的例子，就是电厂。电厂不断地输入燃料，排放尾气和热量，同时做功发电，这是一个再开放不过的系统了。

最后，如果你看到有人把（热力学或统计力学）熵的概念扩展到其他领域，请不要奇怪。很多这样的熵，和纯物理中的熵并不尽相同，可以说是两个概念。但是完全有可能它们背后有很多共通之处。物理中的熵可以看做是大量粒子运动的统计结果，在物理学之外，类似的场景，大量个体运动的统计结果，最终有相似的表达形式，这也是很容易理解的。

举一个傻瓜例子：在运动学里面，我们知道，一段时间的位移是速度的时间积分。同样在经济学里面，我们也可以说，一段时间的GDP增量是GDP增速的时间积分。在这里，就有两个“速度”。这两个“速度”显然是有共通之处的：一个是位置随时间的变化，一个是GDP随时间的变化，因此数学上有相似的形式再自然不过了。但是我们能说经济学里面的速度是运动学的“套用”吗？

再比如说，在工程中，有“热阻”这样的概念。这个概念是从电阻推广而来的。这种推广源自这样一个事实：电路中，电流正比于电势差反比与电阻，而传热学中，热流密度正比于温差反比与热阻。同样地，对应于电导率也有热导率的概念，所以这中间是有共通之处的，但是我们绝不能说传热学就是欧姆定律的“套用”。

熵是我们用于描述现象的一种模型，相似的模型用于描述其他领域的现象也是完全可能的，不同领域中的现象可以被相似的数学形式来描述、进而被冠以相似的名称，这很多见。

甚至说，其他领域中的熵，最终还有可能与热力学熵统一起来（例如香农熵）。

对严肃的“套用”，我们严肃对之；对娱乐的“套用”，我们娱乐对之。这就行了。

所以总结一些我说的是，

1、对物理概念的哲学讨论是严肃的，而不是某些大众（包括一些物理专业人士）认知中的那种被娱乐化的东东。

2、如果大家想表达这样的观点，“在开放系统（或一般封闭系统）中熵可以减少”，请不要表达为“热力学第二定律只适用于孤立系统”。前者是正确的，后者显然是谬误的。

3、不同领域中的数学模型有相似性，这很正常，但是不能理解为热力学定律的套用，而是应该理解为与热力学定律有相似形式的其他定律。

结尾引用一些冯诺依曼曾经对香农说的话吧^[2]

You should call it entropy, for two reasons. In the first place you uncertainty function has been used in statistical mechanics under that name. In the second place, and more importantly, no one knows what entropy really is, so in a debate you will always have the advantage.”

参考

1. ^ Uffink, Jos, 2006, “Compendium to the Foundations of Classical Statistical Physics”, in Jeremy Butterfield & John Earman (eds), Philosophy of Physics (Handbook of Philosophy), Amsterdam: North-Holland, pp. 923–1074.
2. ^ Tribus, Myron and McIrving, Edward C. (1971). “Energy and Information”, Scientific American, 225: 179-88.

Q.很多人把热力学里的熵定律套用在生活上，把熵增哲学化，这样做真的符合定律本身吗？

A.不符合。人类社会从太阳、化石燃料、放射性矿物等处取得能量输入，将热量排入环境并扩散到太空，不是孤立系统^[1]，不适用熵增。

地球生物圈从太阳、化学反应、地球的矿物等处取得能量输入，将热量排入环境并扩散到太空，不是孤立系统，不适用熵增。

对“全宇宙”谈“熵增”更是毫无意义的，宇宙不适用热力学第二定律。宇宙在膨胀且是个自引力系统，是具有负热容的不稳定系统，没有平衡态，永远不会热寂。

根据位力定理，对于自引力系统，在一个周期内动能的时间平均值等于总能量的负值，即Ek=-E。也就是说，自引力系统得到能量时动能减小，失去能量时动能增大。
热学中比热容的定义是物体温度每升高1开尔文所需要的热量。
而对于自引力系统来说，释放能量才能提高温度，这就是负的热容量。
负热容系统没有稳定的平衡态。
宇宙是自引力系统，它根本不可能达到平衡态。

其实，在1872年，全人类都不知道什么量子力学的时候，玻尔兹曼就用涨落捅穿了热寂说的屁股。他就是凶手。现在都2020年了，还有人对着这盒骨灰“哲学化”，其实是哲学的悲哀。

将一切现象都推给熵增等于说熵增不起任何作用，“宇宙的熵增”是无意义概念。

而且，除了在理想气体之类极少数系统里有用之外，在绝大多数系统里，熵都是无意义概念。

Q.熵定律没有其适用范围吗？

A.有，而且热力学第二定律本身就写得很清楚了。19世纪的物理也不会在一个有外部热源不断输入能量、自身还不断向外辐射能量的非封闭系统里讨论什么熵增。

热力学第二定律：孤立系统自发地朝着热力学平衡方向演化。

等价于克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。

等价于开尔文表述：不可能从单一热源吸收能量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

你成天都在产生其他影响，熵增个什么劲呢。

Q.最近越来越多的公众号，营销号都在推崇熵定律，但是将物理学定律胡乱套用真的合适吗？

A.不合适，但他们追求的不是科学上的准确。错误的或夸大的东西更能吸引眼球，即使是被批判也可以带来流量。

好多人对理论了解得浅、主观上也不追求深入，一旦理论暗示星体与宇宙之类宏大的事物跟脆弱的、短暂的个人有共同点，很容易让读者以为“顿悟”了世界的真相。近有“垃圾不分类，地球两行泪，让我们一起拯救地球”之类用国家安全经费张贴的科学上不准确的宣传，远有上古时看到巫师从龟甲的裂纹里诹出吉凶祸福就以为窥见了神力的老祖先，这是人们的常态。

Q.大科学家薛定谔的《生命是什么》不是也将熵套到生物学吗？

A.这个书属于科普读物而不是科研成果什么的，谈的不限于当时的科学的认识，里面的负熵之类概念在中国科幻的小圈子里有一定的拥护者，主要是因为刘慈欣在三体3里提到过。这书里关于负熵的论述没有具体的动力学过程，只有结果，需要后面出现的耗散结构理论去擦屁股。

说这书引领了后来的分子生物学之类也算可以，但不建议拔高，更不要因为薛定谔是有名的科学家，就觉得这书是科学的。

如果看的是中文翻译的版本，会有很多翻译上的问题造成的阅读困难甚至错误理解。

刘慈欣：我写的是科幻，我便是没想到大家这么当真……

薛定谔：哎呀，别提了，我写的自以为不是科幻来着！

费曼：

50年代初期，我曾经短暂地害过一种中年人的通病：我到处做关于科学哲学的演讲——像科学如何满足人类的好奇心、它如何给你新的世界观、赋予人类很多机会及力量等等。可是问题是，看看那时刚出炉不久的原子弹，大家就应该想想，让人类具备这么多的力量，到底是件好事还是坏事？此外，我也在思索科学和宗教的关系。

大约就在这个时候，我受邀到纽约参加一个研讨会，谈论“平等之道德问题”。

在这之前，他们已经为年纪较大的人在长岛开过一次研讨会，今年他们决定找一些较为年轻的人，一起讨论他们在其他研讨会上总结出来的论文。

在我出发之前，他们寄了一份书单给大家，那是“一些你也许会喜欢看的书；如果有哪些你想介绍其他人看的书，也请寄来给我们，我们会把书收藏在图书馆里，好让其他人也能读到。”

收到这份书单之后，我从第一页开始扫了一眼：列在那里的书，我一本也没读过。我觉得有点不妥——我根本不适合参加这个研讨会嘛。我继续看第二页：还是一本都没读过。看完了整个书单，我发觉他们列的书我一本也没读过。看来我一定是个什么白痴文盲了！

那里列了许多很好的书，像杰弗逊的《谈自由》等等。不错，那里有几个作者的其它书我是读过的，有本书是海森堡写的， 另外还有薛定谔和爱因斯坦，可是爱因斯坦写的是《我的晚年》，薛定谔写的则是《生命是什么》，跟我以前看过的他们的作品都不一样。因此我真的觉得自己有点不自量力，我真的不该参加那个聚会的。也许我到时候就应该乖乖地坐在旁边，多听少说吧。

我跑去参加了第一次的入门会议，会上有人站起来，说我们有两个问题需要讨论。第一个有点不清不楚的——什么跟道德、平等有关的，但我听不懂问题到底是什么。第二个问题是，“我们要用我们的方法证明，不同学科的人也能沟通和对话。”他们请来了国际律师、历史学家、耶稣会牧师、犹太教士以及科学家（那就是我了）等等。

立刻，我的逻辑思维就开始这样推理起来：第二个问题可以不理，因为如果这行得通，就行得通；如果行不通，就行不通。如果无法对话，我们就根本用不着“证明”，更别提“讨论”了！因此，比较重要的是第一个问题，但那个问题我听不懂。

我正准备举手问“能否请你把问题定义得清楚一点”，但我又想，“不，我才是什么都不懂呢，我最好还是先听别人说吧，不要又惹出麻烦来啦。”

我参加的分组要讨论的是“教育平等之道德问题”。而在小组会议中，那位耶稣会牧师总是在谈论“知识的支离破碎”。他会说：“教育平等之道德的真正问题，乃是在于知识的支离破碎。”这位牧师说的跟13世纪时的情形有关，当时教育乃是由天主教会主控，世界简单得很。上帝高高在上，一切都来自上帝，一切都很有系统。但是到了今天，要把一切都弄明白并不那么容易，因此知识变得支离破碎了。我觉得“知识的支离破碎”跟“一切”无关，但他从没有把这“一切”定义清楚，因此我也无从论证。

最后我问：“跟知识的支离破碎相关的，到底是哪些道德问题？”他的回答云山雾罩，我说：“我听不懂。”但其他人都表示他们全听得懂，并且试着要解释给我听，但他们根本说不明白！

于是小组里的其他成员叫我写下来：为什么我不觉得知识的支离破碎是个道德问题。回到下榻的宿舍，我尽其所能、很仔细地写下在我心目中“教育平等之道德问题”大概是指些什么，我又举了几个我猜是跟我们主题有关的例子。例如在教育中，我们总是造成更多的差异。如果有人在某方面很行，我们的教育制度会帮他发展这方面的才能，结果造成差异，即不平等。这是合乎道德的作法吗？我再举了几个例子之后，说虽然“知识的支离破碎”是一大问题，因为世界确实很复杂，使得学习十分困难；可是就题目本身来说，我不明白知识的支离破碎，跟教育的平等之道德问题有什么关联。

第二天，我在会议上提出我的论点，他们说：“是的，费曼先生提出了一些很有趣的观点，我们应该加以讨论；我们暂时把这些观点存档，以后再讨论。”他们全搞错了。我在尝试把问题定义清楚。研讨会之所以开得毫无头绪，主要是因为他们连题目都没有明确地界定，因此大家都不知道应该说什么。

会中有一个社会学家写了一篇我们都要读的论文，他来开会之前就写好了。我一读他的文章，眼珠子都要掉下来了，我根本看不懂他在写些什么！我猜那是因为我没有读完书单上的书。我感到很不安，觉得自己“不够格参加讨论”，但最后我跟自己说，“停下来，慢慢地把一句话读完，好好弄清楚到底它说的是什么鬼东西。”

于是我停下来——随便地停——仔细读那句话。记不清它的原文了，但跟这很接近：“社会区域的个体分子常常透过形象化的、符号化的渠道获得信息。”我反复地读，把它翻译出来。你可晓得它是什么意思？

“大家都阅读”！

我再读下一句，发觉那一句也可以翻译出来，整篇文章便变得空洞万分了——“有些人阅读，有些人听收音机”之类。只不过他用些很华丽的词汇包装，因此冷不丁的根本看不懂。等我终于把它翻译出来之后，发现他压根什么也没说！

会议中只有一件还蛮有趣的事。会议上每个人说的话都显得那么重要，重要得他们安排了个速记打字员在那里，把每句话记录下来。会议的第二天，速记员跑来问我：“你的职业是什么？一定不是个教授吧。”

“我还就是个教授。”我说。

“哪一方面的教授？”　

“物理——科学方面。”

“噢！这就是原因了。”他说。

“什么的原因？”

他说：“你看，我是速记员，我把大家说的每一句话都记录下来。但他们说的我全都听不懂。而每次你站起来问问题或者说些什么，我却能完全听明白：你说的是什么问题，讲的是什么道理。因此我原以为，你不可能是个大教授的！”

如果对生命到底是什么有兴趣，可以参照：

参考

1. ^ 孤立系统在热力学中是与其它物体既没有物质交换也没有能量交换的系统。