克勞修(xiu)斯(si)引入了熵的概念來描述(shu)這種(zhong)不可逆過程(cheng)。
在熱力學中,熵是系(xi)統的狀態函數,它的物理表達式為:
S =∫dQ/T或(huo)ds = dQ/T
其(qi)中(zhong),S表(biao)示熵,Q表(biao)示熱量(liang),T表(biao)示溫(wen)度。
該表達式的物理(li)含義是:一個系(xi)(xi)統的熵等于該系(xi)(xi)統在一定(ding)過程(cheng)中所吸收(或耗散)的熱(re)量除(chu)以它(ta)的絕對溫度。可以證(zheng)明,只要有熱(re)量從系(xi)(xi)統內的高溫物體流向低溫物體,系(xi)(xi)統的熵就會(hui)增加:
S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假設dQ1是高溫物(wu)體的熱增量,T1是其絕對溫度(du);
dQ2是(shi)低溫(wen)物體的(de)熱增量,T2是(shi)其絕對溫(wen)度,
則:dQ1 = -dQ2,T1>T2
于是上(shang)式(shi)推(tui)演為:S = |Q2/T2|-|Q1/T1| > 0
這種熵增是(shi)一個(ge)自發的不可逆過程(cheng),而(er)總熵變總是(shi)大于(yu)零(ling)。
孤立系(xi)統(tong)總是(shi)趨向(xiang)于熵增,最(zui)終達到熵的最(zui)大狀態(tai),也就是(shi)系(xi)統(tong)的最(zui)混亂無(wu)序狀態(tai)。但(dan)是(shi),對(dui)開(kai)放系(xi)統(tong)而言(yan),由于它可以將內部(bu)能量交換(huan)產生的熵增通過(guo)向(xiang)環境(jing)釋放熱量的方式轉移,所(suo)以開(kai)放系(xi)統(tong)有可能趨向(xiang)熵減(jian)而達到有序狀態(tai)。
熵增的(de)熱力學理論與幾率學理論結合,產生(sheng)形而上的(de)哲學指(zhi)導意義:事物的(de)混亂程度越(yue)高(gao),則其幾率越(yue)大。
現代(dai)科學(xue)還用信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)這(zhe)(zhe)個(ge)概念來表示系統的(de)(de)(de)有(you)序(xu)程(cheng)度。信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)本來是通訊(xun)理論中的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)基本概念,指的(de)(de)(de)是在通訊(xun)過程(cheng)中信(xin)(xin)(xin)號(hao)不確定(ding)性(xing)的(de)(de)(de)消除。后來這(zhe)(zhe)個(ge)概念推廣到(dao)一(yi)般系統,并將(jiang)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)量(liang)(liang)看(kan)作一(yi)個(ge)系統有(you)序(xu)性(xing)或組織程(cheng)度的(de)(de)(de)量(liang)(liang)度,如果一(yi)個(ge)系統有(you)確定(ding)的(de)(de)(de)結構,就(jiu)意味(wei)(wei)著(zhu)它已經包含著(zhu)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)。這(zhe)(zhe)種信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)叫做結構信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi),可用來表示系統的(de)(de)(de)有(you)序(xu)性(xing);結構信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)量(liang)(liang)越大(da),系統越有(you)序(xu)。因此,信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)(xi)意味(wei)(wei)著(zhu)負熵、反熵增或熵減(jian)。