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物理學中最偉大的定律

生活 更新时间:2024-08-08 02:08:29

物理是一門有趣的科學探索,包含整個宇宙的機密。

物理學中最偉大的定律(物理學的減熵定律)1

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但凡深入涉獵過物理學的朋友們

我們應該都知道熵增定律

如果整個宇宙隻剩下一條物理定律

我想基本就是他了

雖然你可能會反駁這個觀點,難道不是牛頓的力學和愛因斯坦的相對論嗎?其實我也很迷惑,但是這話絕對不是無的放矢,不管對與不對,都可見熵增定律的分量。

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熵增

整個宇宙的發展,追其規則,也能有此征兆。

如果地球毀滅了下一個生物物種怎麼知道地球文明的全部精髓呢,怎麼讓其他文明知道我們曾有過這個文明呢?

吳軍老師給出的答案是以下三個公式:

1 1=2(代表了數學文明)

E=mc²(愛因斯坦的質能方程)

S=-∑ P ln P(熵的定義)

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▲來自得到

薛定谔在《生命是什麼》中也說過類似的話「人活着就是在對抗熵增定律,生命以負熵為生。」

愛丁頓爵士也曾說:“我認為,熵增原則是自然界所有定律中至高無上的。

那麼那些知名的物理定律:麥克斯韋方程式,牛頓第一、第二、第三定律,以及相對論等物理界有名的定律呢?難道他們一點也不足以去解釋這個宇宙規則嗎?物理界中甚至還流傳着這麼一句話,如果你的理論違背了熱力學第二定律,你的理論隻有丢臉、垮台。

(注:愛丁頓說自己是除愛因斯坦之外,世界上唯一一個真正懂相對論的科學家,雖然看起來有點能吹,但應該也挺牛)

所以問題就來了,到底什麼是熵增定律?它為何如此重要?它到底對我們有到底什麼巨大影響?一條物理界中的定律,盡可以解釋宇宙的發展規則?

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生命是什麼

為什麼熵增定律是宇宙中的發展規則?

因為它符合宇宙演化的規律、解釋了一切事物的規則。

這個規律包括我們所有生命物種和非生命生态的演化規律,生命物種裡又包含着個人和群體的演化關系。

非生命生态:比如物質總是向着熵增演化,屋子不收拾會變亂,手機會越來越卡,耳機線會淩亂,熱水會慢慢變涼,太陽會不斷燃燒衰變。

生命與個人:比如自律總是比懶散痛苦,放棄總是比堅持輕松,變壞總是比變好容易。隻有少部分意志堅定的人能做到自我管理,大多數人都是作息不規律,飲食不規律,學習不規律。生命與群體:比如大公司的組織架構會變得臃腫,員工會變得官僚化,整體效率和創新能力也會下降;封閉的國家會被世界淘汰。

這些所有的現象都可以用一個定律來解釋——熵增定律

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因為事物總是向着熵增的方向發展,所以一切符合熵增的,都非常的容易和舒适,比如懶散。

《少有人走的路》在最後一章也如此解釋自律。

因為所有事物都在向着無規律,向着無序和混亂發展,如果你要變得自律,你就得逆着熵增做功,這個過程會非常痛苦

記得也曾有人問過“人為什麼要自律”的問題,我啞口無言,不知如何作答。因為每個人都有選擇自己生活方式的權利,可以散漫也可以自律。現在我想我找到答案了,生命本身就是自律的過程,即熵減的過程。

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那麼什麼是熵增定律

定義:在一個孤立系統裡,如果沒有外力做功,其總混亂度(熵)會不斷增大。

這裡面有兩個前置條件:孤立系統、無外力做功。

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首先我們來解釋什麼是熵。

熵(Entropy),最早在1865年由德國物理學家克勞修斯提出,用以度量一個系統“内在的混亂程度”。

你可以理解為,系統中的無效能量。

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比如你花了100 J的能量把物體從A地拿到B地,這個過程中有很多能量并沒有被100%的轉化,而是有部分散失在了宇宙中。

這部分能量不可逆,無法被再利用,且永遠在增加。

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那麼什麼是熵增定律呢?

就是這種熵在不斷增加的過程。

但這是針對整個宇宙而言的,如果要針對地球,針對一個國家,針對一個企業,針對某一個人,則要加上兩個限制條件——封閉系統+無外力做功。

任何一個系統,隻要滿足封閉系統,而且無外力維持,它就會趨于混亂和無序。

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熵丨趨于無序的過程

那麼生活該怎麼減熵,逆勢而為,成就自我

熵增定律被稱為最讓人沮喪的定律。

一定層面來說:

他左右着小到個人、中到企業團隊、大到民族國家的發展規矩,個人的安樂、自律、學習;企業的組織臃腫、團隊創新、執行效率;民族國家的發展興旺......

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那麼我們應該怎麼做?

從定義來說,熵增的條件有兩個:封閉系統+無外力做功

隻要打破這兩個條件,我們就有可能實現熵減。

聽起來有點抽象,怎麼理解?

也許我們可以從生命裡得到啟示,整個生命的發展就是一部負熵的曆史。

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當我們人從無機生命到有機生命那一刻起,就注定了這會是一部艱辛與精彩共存的史詩。

我們的始祖是一種“蛋白質+RNA”的聚合體,科學家将她命名為LUCA。

LUCA通過吸收能量來大量複制,但是問題來了,宇宙的熵總的來說是增加的,所以LUCA的減熵會導緻環境的急劇熵增。

環境惡化,LUCA無奈隻能進化,變得更高級以适應環境的變化,于是DNA聚合體誕生了。DNA比RNA更穩定,也更加智能。但是這樣一來,消耗的能量更大,吸收的物質更多,導緻環境的熵增比以往更大。所以DNA聚合體被逼着向單細胞演化,同樣,環境的熵增再次增加,于是單細胞又向更高級的多細胞進化,于是寒武紀生命大爆發誕生了。

又因為孤立系統無法獲取足夠的能量,所以多細胞開始移動,并且産生了感知能力,比如視覺、嗅覺、聽覺等等。

從此,生命走上了智能的進化之路。

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因為生命的熵減過程,會加劇環境的熵增,于是環境會變得越來越惡劣,生命為了生存,為了獲得足夠的能量和物質,必須變得更加智能、促進了人類物種的進化。

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所以整個生命的減熵過程中,可以總結為以下幾點:

第一,保證能量的供給。比如,從化學作用到光合作用和呼吸作用;到光合作用+呼吸作用的結合體;到多細胞生物。

第二,養成開放系統。細胞從無法移動,到進化出遊動能力、爬行能力、行走能力、飛行能力,都是開放接納學習外界更好的信息,反補自己。

第三,努力變得更加智能。生命為了花更少的能量來獲取更多物質和能量,進化出了感知能力,比如當時的霸主奇蝦,就有很大一對眼睛。知道的信息越多,就能減少更多熵的耗散。(以及目前智能生活的普及都可以說明)

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個人、企業、甚至是名族都适應以上幾點

我們以企業為例

1、主動做功

許多公司在創業初期非常努力,每天花大量的精力進行各種戰略和組織的進化。但是随着企業的做大和成熟,員工就會慢慢懈怠下來,組織會變得臃腫,制度會腐舊脫節。所以,作為leader你要努力保證企業的活力。比如采取扁平化的結構,讓團隊各自為戰,回歸創業初期時的熱情。

記住,舒适圈是熵增定律的第一張王牌,任何時候你都不能松懈。一旦你減少了能量的投入,企業的熵增就會立馬回來。

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2、開放系統

關于開放系統,有一個偉大的發現,叫做耗散結構,它給我們帶去了一絲希望。什麼是耗散結構?它有三個特征:

①開放性

怎麼理解?

你可以理解為,系統把無用的熵排出去,然後吸收新的可用物質、能量和信息。

(注:熵有三種,物質熵、能量熵、信息熵,在相對論裡物質和能量是一回事,但是為了理解,這裡我們把它分開。)

比如你每天的新陳代謝,比如你通過鍛煉減去一身的贅肉,比如你看一本好書。

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基于此,企業也可以得到啟示。

企業要想對抗熵增,就必須開放,把那些衰敗為熵的東西全部排出系統。

比如腐敗的制度、無産出的員工、落後的信息等等;然後吸收新鮮血液,比如先進的理念、新的人才、前沿信息等等。華為就是最推崇這一理念的,任正非老爺子把這個耗散結構作為華為的底層邏輯。

任正非說:“我們一定要避免封閉系統。我們一定要建立一個開放的體系,特别是硬件體系更要開放,不開放就是死亡。

所以為什麼好的企業,都在不斷的裁員然後再大量招新,這就是一個去其糟粕、引進精華的過程,所以企業市場需要保持開放狀态,讓不利因素離開系統,讓有力條件進入環境。

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②遠離平衡态

這個平衡态和我們日常理解的平衡态是不一樣的,這裡的平衡态你可以理解為,當熵逐漸增大,雖然系統會變得越來越混亂無序,但是這種結構卻更穩定,這種穩定就是平衡态,你要遠離這種平衡态。可能仔細去想有些前後矛盾,簡而言之就是不能讓這種趨于混亂的狀态一直延續,應該逆轉混亂,從無序變得有序,做減熵行為。

比如一個企業做大了,企業内部就會形成一種非常穩固的結構,這種結構很可能就是官僚結構。企業想要推行新的理念,引進新的人才,吸收新的信息,都會非常困難。

解決辦法就是,打破這種平衡态,讓系統内部流動起來。

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所以有些企業會采取一定的措施,比如放權,讓員工自己發揮,領導監控

員工自己可以自由選擇任何團隊,也可以自己組建團隊。通過分成、授權、競争、淘汰等一系列機制,來進行充分的内部流動。

帶給企業熵增的員工被淘汰出局,剩下的精英繼續流動、重組,更加強大。

③非線性

怎麼理解非線性?

你可以理解為,一個微小的變化也有可能導緻一個巨大的突變。(與此相關的實驗有貝納爾對流

比如在一個标準大氣壓下,你給一壺水加熱,前面99°都沒有沸騰,可是你再加熱1°它就沸騰了,這就是非線性。

同樣企業也如此,可能你前面做了很多努力,效果甚微,但是不要氣餒,打破熵增的要素是非線性的,總有一天,你一個微小的投入就會帶來巨大的突變。

比如亞馬遜,它可能是這個世界上失敗最多的企業了,但他們對失敗非常包容,因為他們不斷在賭“每次小的努力和嘗試,都有可能引發意想不到的超額驚喜”。

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以個人為例

也許你會覺得自己還達不到在企業裡運用熵增定律的高度,沒關系,熵增定律也同樣适用于你個人的發展。比如工作、生活、學習、心情、成長、人際關系等等都與此相關。

就拿生活來說,每天會有各種各樣的瑣事湧來,如果我們任由其發展,那我們的生活就會變得越來越混亂。

如果我們要想恢複到有秩序的狀态,就不得不花非常大的代價才行。

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這種狀态就是生活陷入了極度的熵增狀态,被無數的混亂的事情牽着走,喪失了生活的掌控權。

除此之外還有很多,比如情緒。很多時候,我們感到難過、煩躁、焦慮,其實是因為情緒太過混亂,很多感情交織在一起,讓你無從下手。心理學叫這,情緒顆粒度。

再比如專注這件事,好像高中之後我們就很難專注了。原因是因為,大腦裡面整天要想的事情太多,一會要做這個,一會要做那個,一會這種情感,一會那種情感。

這些雜七雜八的東西堆積在一起,就會擾亂我們的注意力,讓我們無法的專注的做一件事情。類似的還有作息不規律、飲食不規律、懶散等等,都是因為事情總趨于熵增。

如果我們不主動投入能量做熵減,生活就會脫離我們的掌控。

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這樣的情況解決辦法仍然是:

1、主動做功

你不能等到生活脫離了你的掌控,才後知後覺的介入。

你要每天都保持清晰的思緒,主動投入時間和精力,去理清你的情緒,理清你每天所做之事,理清你想要的是什麼。對于沒有必要做的事情就别讓他幹擾到你,對于你自己想要去處理的事情,做好計劃,頭腦清晰的去執行,不僅更有效率,而且還更有效果。

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把當下所有情緒和事件都清空,然後把它們都記在一個備忘錄裡,你可以叫它追蹤系統,然後腦子裡永遠都隻裝3件事

比如,今天的3件事是寫文章、看書、建立寫作系統。

其他的還有洗衣服、取快遞、清理微信收藏等各種事情,就都先全部放到追蹤系統裡。

就是把重要的事情跳出來,用清晰的思路去處理,對于那些突來的,讓你産生煩躁、不良情緒的事情全部先丢進追蹤系統,先把有清晰思路的事情處理完畢,再理性的看待追蹤系統裡面的,找方法、順思路一一去解決掉。

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再比如學習這件事,當我們寫文章時,大腦是一片漿糊,怎麼辦呢?

首先畫思維導圖,思維導圖的第一性原理就是降低信息的混亂度

這個階段就是主動做功的過程,我們需要把所有信息通過不斷的篩選,把能提供寫作思路的素材、相反留下來,把那些看似有幫助,實則卻影響文章抒寫的東西删除掉,這個就是我們主動做功的環節,即使這個過程會比較痛苦,但是痛苦着痛苦着,突然「熵增定律」闖進了我的腦海,讓知識變得有序的過程不正是熵減的過程嗎?所以痛苦是必然的,舒服是留給死人的。

雖然很痛苦,但還是得主動去做這件事。

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2、開放系統

①開放性

你要一直保持與外界交流的狀态,把過去的熵埋葬,然後擁抱新的明天。

什麼是過去的熵?

比如打翻的牛奶,腐舊的認知,回不去的人。

什麼是擁抱新的明天?

比如去新的環境(旅行),獲取新的認知(讀書),結交新的人(社交)。

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②遠離平衡态

我們極容易陷入平衡态,即使你嘗試了一件新的事情,認識了一個新的人,你也會很快熟悉,并待在這種狀态之下,認知裡面叫“舒适圈”

如果你發現你的生活很久沒有波瀾了,想必你已經掉進平衡态了。

比如我寫作兩年了,寫作水平很大一段時間都沒有進步,這就是平衡态,這是不好的。我們必須時刻打破這種平衡,讓自己一直處于非平衡狀态,平衡狀态其實就是舒适圈,我們一定要自我跳出這個舒适圈。

不斷超越自己,給自己新的目标,新的計劃。

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③非線性

非線性,其實就是複利效應

也許你此刻做的很多努力,看起來杯水車薪,學習、生活都沒有改變多少。

但是請不要灰心,繼續堅持熵減,等到有一天,你隻需要一丁點努力,就會開啟你開挂的人生。通俗易懂的說就是量變引起質變。

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3、智能化

最後,還想談一點,也是所有熵減方法裡面最強大的一個東西。

它不僅适合任何組織的進化,也契合我們個人的進化。

這正是我們前面提到,生命的演化裡面的第三點——智能化。

整個生命的減熵史,就是一個不斷變得智能的曆史。

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為什麼生物非得需要智能化呢?難道外力做功和開放系統都不足夠我們生存的嗎?不敢說100%需要智能化,但是從生命的演繹變化來看,似乎都是在朝着這條路發展。

因為一旦你熵減了,那麼你的環境就會加劇熵增,也就是說環境會變得越來越惡劣。

如果生物要生存,就需要更強的減熵能力。

這種更強的減熵能力從何而來呢?顯然光靠光合作用和呼吸作用,以及開放系統是遠遠不夠的。明白了這一點,你就明白了為什麼一個RNA聚合體會進化成單細胞,進化成多細胞,進化成有限生殖,進化成猿人,進化成智人,進化成今天的我們。

這種智能化的過程是必然的。

隻是我們非常有幸,也許在某個外太空,是類似海豚這樣的生物具有智慧。

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當我們的生存環境很變得越來越艱難,為了生存我們就需要更強大的生存能力。比如從農耕時代到工業時代,到現在的互聯網時代,到未來的人工智能時代。

「這也是為什麼我們今天的競争力會越來越大的原因,也是為什麼我們變得越來越焦慮的原因,因為環境熵增了。」

好了,現在我們懂了,智能化也是通往減熵的一個方面。

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那麼如何智能化呢?

答案是降低信息熵。

什麼是信息熵?它被用來度量信息的不确定度,信息熵越大,不确定性就越大。在你變得越來越智能的過程中,就獲取了更多信息,消除了一些不确定性,所以熵減少。前面提到熵有兩種,熱力學熵和信息熵。其實這兩種熵是可以用公式做等号的,因為獲取信息需要能量。

1bit 信息熵=kln2(J/K)熱力學熵

當你信息有局限的時候,要做成一件事,你就需要更多的能量,産生更多的熵。

比如做同一套試卷,學霸跟學渣做題所需的時間和能量肯定是不同的,學霸一個小時就做出來了,學渣可能做了三四個小時還做不完。比如煉鋼廠,小煉鋼廠要花很多時間和能量,而且材料利用率低,而大企業因為掌握更多信息,不僅耗能更少,效率也更高

這也是為什麼曆來偉大的企業家都博覽群書的原因。想起查理芒格的一句話:

我這輩子遇到的聰明人,沒有不每天閱讀的,沒有,一個都沒有。沃倫讀書之多,我讀書之多,可能會讓你感到吃驚。

智能充當的角色,就是從無序中發現有序,減少大量的盲目做功。

不論是企業還是個人,如果你想站在更高的維度俯視世界,光做功和開放是不夠的,你還必須在信息上,上升一個維度,做到四兩撥千斤的效果。所以你看很多企業核心任務他們喜歡太極、八卦等事物,這些事物原本就是一個以柔帶剛,四兩撥千斤的實質。如果你想在此生有所建樹的話,那麼努力提升自己的眼界和認知,讓自己變得更智能吧。

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總結歸納

一、熵增無好壞之分

看起來,整篇文章都在避免怎麼熵增,似乎熵增是一個十惡不赦的壞蛋。但是須知道,對于宇宙而言,熵增隻是一個法則,沒有好壞之分。

好壞隻是人為在道德上的定性,這個定性對于宇宙來說,毫無意義。

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二、無序隻是概率事件

看起來,事物從有序到無序是必然事件。其實不是,它是一個概率事件,隻是無序的概率非常大,大到有序的概率幾乎可以忽略不計。

而在數學裡面,概率無限大就被稱作必然事件。比如讓猴子在鍵盤上随意打字,打出這篇文章被稱為有序,而其他被稱為無序。那麼有序的概率就是可以忽略的,我們可以說事物的傾向是從有序到無序。

物理學中最偉大的定律(物理學的減熵定律)34

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以上,就是我對熵增定律的所有認知。如果你從這裡面獲得了頓悟,請不要吝啬,把它分享給身邊的朋友。

一個人走不一定走得更快,但一群人走一定能走得更遠。

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