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你所理解的“熵”的概念可能是错的!

你所理解的“熵”的概念可能是错的!

作者: 87a4552ccaf1 | 来源:发表于2020-05-24 18:21 被阅读0次

    《熵减:华为的活力之源》,是华为大学将华为的一个重要内训教材编辑出版的书,由创始人任正非亲自作序。“引熵入商”,被一些商业评论者称为任正非最核心的经营哲学。“熵”,这个极其抽象的物理学概念,也因此被大众所认知和讨论。


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    熵,英文Entropy,在台湾地区被翻译为“能趋疲”(兼有意译和音译,很形象),可以直观地理解为,能量趋于疲软,即一个系统中能做功的能量越来越少。

    在翻阅各种讨论华为“熵减”思想的文章中,可以发现对“熵”的表述普遍使用的是“用来度量体系的混乱程度”。比如,华为基本法起草之一、人民大学教授吴春波谈到,“熵是热力学第二定律的概念,用来度量体系的混乱程度。热力学第二定律又称熵增定律,讲的是自然社会任何时候都是高温自动向低温转移的。也就是说,在一个封闭系统,最终会达到热平衡,没有了温差,再不能做功。这个过程叫熵增,最后状态就是熵死,也称热寂。”

    混乱程度增高,就是熵增;混乱程度减少,就是熵减。order是熵减,disorder是熵增。乍看起来,貌似能够描述和解释现象,其实不太准确,也容易形成误导。

    拿一个房间做例子,一个成天吃泡面打游戏的宅男的房间在一个妹纸的眼里是混乱的。但是在宅男看来,他却觉得很有秩序,纵然有碗筷没有洗,被子没有叠,但无伤大碍。在妹纸眼里,房间这个“系统”的“熵”是大的;而在宅男看来却是“熵”小的。因为混乱是否和混乱程度,其实是很主观的一个判断。

    再举一个沙滩的例子。几个小孩儿在沙滩上玩,堆出了城堡、飞机、汽车等形状。过了一会儿,一个浪头打过来,把这些东西都冲没了,只剩下一滩沙子。那可以说这块沙子“系统”在有各种形状的时候是有秩序,也就是熵小的吗?可能未必,也许有的人会认为被海水冲平后的那小块沙滩更有秩序。

    这里面的关键是“秩序”,有秩序就代表熵减,混乱或者失序就是熵增。这样的理解以及描述,不完全是错误的,但是对于理解“熵”的意涵有很大的误导性。

    简单来讲,“熵”所度量的应该是一个系统所包含的元素组合状态的概率的大小。很遗憾,这不是一段“人话”,来个栗子:

    假想有两个玻璃球(A和B)和一个正中画了一条线的盒子,你把两个球扔进去盒子里,两个球在盒子停留的位置会有以下四种可能:1.A和B都在盒子最右边;2.A和B都在盒子最左边;3.A在盒子的右边,B在左边;4.A在盒子的左边,B在右边。

    如果两个球一模一样,以至于无法分辨,那么它们的位置的可能性则为三种:1.一个在左边,一个在右边(概率为50%);2.两个都在左边(概率为25%);3.两个都在右边(概率为25%)。

    现在把两个球改为四个球,也是不停地往盒子扔球,那么则有16种可能性。如果假设四个球是一模一样,我们只能观察出五种情况:1.四个在右边,左边没有;2.三个右边,一个在左边;3.两个在右边,两个在左边;4.一个在右边,三个在左边;5.四个在左边,右边没有。


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    如果用图来表示,可以看出不同情况的概率分布呈现为典型的钟形曲线。而且,扔进盒子的玻璃球越多,钟形曲线越明显。不管扔多少个玻璃球,平均而言会有一半落在盒子的右边,另一边落在左边。最极端的情况是,全部落在盒子的左边或者是右边。所有其他情况都存在于平均值和极值之间,随着扔进的玻璃球数量越多,极端情况的概率越小。假如我们仍进的是1024个玻璃球,平均来看,会有512个球落在盒子的右半边,另外512个落在左半边。最极端的情况是,1024个球全部落在最左边或是最右边。不过,这样的可能性微乎其微,概率低到难以置信,大约是10的290次方分之一,而目前可观测的宇宙中原子的总数大致才10的80次方。


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    熵的概念就直观地反映在上面这个思想实验中:在由玻璃球和盒子组成的“系统”中,我们对不同玻璃球所处位置这一状态的概率的测量即是熵。一个系统所包含的元素的组合状态的概率越高(或者说一种结果出现的可能性越大),这种组合状态(或结果)的熵也越高。

    回来前面所举的房间和沙滩的例子。一个房间各种物品的摆放,假如没有外力进行整理和维护,大概率的事件是变得杂乱,也就是它们的组合状态更大的可能性是杂乱,因此是熵增的状态。同样地,沙滩的沙子被小孩累成某种形状后,如果没有外力来维持,注定会被海浪冲垮,被海风吹散, 变成一堆平淡无奇的沙子是大概率事件,当然也是熵增的状态。

    日常生活中这样的例子不计其数:头发长时间不剪无疑会变得凌乱。花园没有修整会变得杂草丛生。一台车放在路边,几年不开,逐渐会生锈散架。一栋烂尾楼,长年不修建,肯定会剥落垮塌。一杯意式咖啡如果不喝,拉花自然会消散在杯中(当然,喝了更会消散)。一朵鲜花掉落土中,不日就会化作碎泥………这些现象表面上看起来是与秩序和失序有关,秩序随着时间而瓦解,但根本上是系统的组合状态由概率较小的状态变为概率大的状态。宇宙似乎有种力量持续不断将事物推向概率更大的状态。

    真理往往是简洁而朴素的,但是“熵”背后的规律的发现似乎平淡无奇到会让人感觉说了一句正确的废话。可是,爱因斯坦为何会说:“熵理论对于整个科学来说是第一法则。”?

    熵的重要意义要从熵减或者负熵的角度来理解。杂乱无章是大概率,零落成泥是大概率,尸骨成灰也是大概率,放到更大的尺度,热寂是大概率!但是,生命作为一种系统,一种极小概率的现象,如何能够维系和传承?似乎是对熵增规律的打脸。不单是生命,由生命创造的人工制品及系统(产品、组织、城市等)看起来是对熵增的一次次嘲弄。

    一个系统要维系乃至传承,需要能量的代谢(流入和流出),比较容易理解。但是除了能量之外,还有什么对熵减起到重要作用?或者换个说话,如果只是能量,是否就能实现熵减?是什么力量让我们将一个大概率的事件变成小概率的事件?这是下一篇要讨论的话题。

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