什么是熵、熵增是什么?

目录

    • 一、熵的定义
      • 1. 热力学中的熵
      • 2. 信息论中的熵
    • 二、熵增
    • 三、生活中的熵增示例
    • 四、总结

一、熵的定义

1. 热力学中的熵

熵(entropy),在热力学中,熵是描述系统混乱程度或无序程度的物理量。它反映了系统在微观上可访问的状态数目,即系统的混乱程度。如果系统的微观状态数目较多,熵就较高;反之,则较低。

2. 信息论中的熵

在信息论中,熵是用来量化信息的不确定性或随机性的度量。信息论中的熵(香农熵)用符号 H H H表示,它与事件发生的概率分布有关。具体公式为:
H = − ∑ i p i log ⁡ p i H = - \sum_{i} p_i \log p_i H=ipilogpi 其中, p i \ p_i  pi是事件 i i i发生的概率。

二、熵增

熵增(increase of entropy),熵增是指在一个孤立系统中,熵随着时间的推移而增加的现象。这是热力学第二定律的直接结果。热力学第二定律指出,对于一个孤立系统,熵总是趋向于增加,或者在理想情况下保持不变。这意味着系统会自发地从有序状态演化到无序状态,直到达到热力学平衡。

三、生活中的熵增示例

例1: 考虑一个混合了两种颜色的沙漠沙子。初始时,沙漠中的两种颜色的沙子分开堆积在一起。随着时间的推移,由于自然风力和运动,沙子会逐渐混合在一起,形成均匀的颜色分布。这个过程中,沙子的堆积状态从有序到无序,系统的熵增加,因为混合后的状态具有更多的微观排列方式,即更高的熵。

例2: 你在厨房里做菜,尤其是在清洁时。初始时,你的厨房可能是整洁有序的状态,每样东西都放在指定的位置。但随着你煮菜、烹饪、清理餐具,厨房的无序程度(熵)逐渐增加。食材散落、灶台上油渍、碗碟堆积都是增加熵的过程。尽管你可以通过清洁重新组织,但在不做努力的情况下,厨房会自发地趋向更高的熵状态。

在上面例子中,熵增可以看作是一个自然趋势,即使在人类日常生活中也能观察到。这种趋势反映了系统从有序到无序状态转变的普遍性规律,与热力学第二定律所描述的自然现象密切相关。

四、总结

  • :在热力学中是系统的无序程度的度量,在信息论中是信息的不确定性的度量。
  • 熵增:指的是孤立系统的熵随着时间的推移不断增加或保持不变的过程,反映了系统朝向热力学平衡状态的趋势。

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