熵自組織有用材料

2022-06-15 13:18:04 字數 5315 閱讀 4445

「熵」的應用

化學及熱力學中所指的熵,是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數。熵亦被用於計算乙個系統中的失序現象。熵在生態學中是表示生物多樣性的指標。

熵是生命科學的借助概念,借助的是熱力學第二定律來解釋生命現象。

熵可以被應用到各個方面,請大家收集資料並交流。

問題補充:熵可以應用到生活的各個方面。比如:哲學上關於「生存」和「生活」的判定,小孩子性格的判定等等。

我這裡就有印度哲學家奧修的語錄:

兒童從來是不集中的,他們的意識向四面八方敞開著,任何東西都在不斷地進入,沒有什麼東西被屏棄(這說明混亂度最大,熵最大)。那就是為什麼他們是那麼搖擺不定、那麼不穩定。但是,如果頭腦是這樣的狀態,那麼他將無法生存。

他必須學會窄化頭腦,學會專注(混亂度降低,熵減)。理智、頭腦的狹窄化,是乙個人生存的手段,但不是生活的手段。生存不等於生活。

社會學中熵的應用: 乙個封閉的社會最終會由於內部原因,走向滅亡。 這是中國封建社會「其興也勃焉,其亡也忽焉」的原因也是為什麼要改革開放的原因。

熵最大原理:日常生活中,很多事情的發生表現出一定的隨機性,試驗的結果往往是不確定的,而且也不知道這個隨機現象所服從的概率分布,所有的只有一些試驗樣本或樣本特徵,統計學常常關心的乙個問題,在這種情況下如何對分布作出乙個合理的推斷?根據樣本資訊對某個未知分布作出推斷的方法,最大熵的方法就是這樣乙個方法。

最大熵原理是在1957 年由 提出的,其主要思想是,在只掌握關於未知分布的部分知識時,應該選取符合這些知識但熵值最大的概率分布。因為在這種情況下,符合已知知識的概率分布可能不止乙個。我們知道,熵定義的實際上是乙個隨機變數的不確定性,熵最大的時候,說明隨機變數最不確定,換句話說,也就是隨機變數最隨機,對其行為做準確**最困難。

從這個意義上講,那麼最大熵原理的實質就是,在已知部分知識的前提下,關於未知分布最合理的推斷就是符合已知知識最不確定或最隨機的推斷,這是我們可以作出的唯一不偏不倚的選擇,任何其它的選擇都意味著我們增加了其它的約束和假設,這些約束和假設根據我們掌握的資訊無法作出。

最小熵原理:從最小熵產生原理可以得到乙個重要結論:在非平衡態的線性區,非平衡定態是穩定的。

設想,若系統已處於定態,假若環境給系統以微擾(或漲落),系統可偏離定態。而由最小熵產生原理,此時的總熵產生值大於定態的總熵產生值,而且隨時間的變化總熵產生值要減少,直至達到定態,使系統又回到定態,因此非平衡定態是穩定的。進而還可以得到結論:

在非平衡態的線性區(即在平衡態附近)不會自發形成時空有序的結構,並且即使由初始條件強加乙個有序結構(如前述的熱擴散例子),但隨著時間的推移,系統終究要發展到乙個無序的定態,任何初始的有序結構將會消失。換句話說,在非平衡態線性區,自發過程總是趨於破壞任何有序,走向無序。

隨著熵概念的泛化,熵已被很多學科所採用,並出現了許多術語,如信熵、基因熵、環境熵等。其中也包括自然熵與社會熵的概念,下面就由我的理解來**一下二者的關係。

由以上敘述可見:

所謂自然熵就是自然界這個系統的執行狀態無效性的增加量。自然熵也可稱之為自然正熵,相對的則是自然負熵。

社會熵就是人類社會這個系統的執行狀態無效性的增加量(我們講的社會分別指廣義上的整體人類社會,和狹義上的以乙個國家為單位的社會,因此暫稱為廣義社會熵和狹義社會熵)。

廣義社會熵也可稱之為廣義社會正熵,相對的則是廣義社會負熵。狹義社會熵也可稱之為狹義社會正熵,相對的則是狹義社會負熵。

無論是自然環境系統還是人類社會系統,如果要維持發展就必須長期穩定的保持負熵≥正熵,否則就會逐步走向無序,最終導致系統徹底崩潰而毀滅。

自然負熵的**有:

1.植物貢獻的負熵。例如:植物吸收二氧化碳,製造氧氣;植物保持水土、防風固沙等。

2.人類社會活動產生的負熵(即廣義社會負熵)。例如:人類植樹造林,種植農作物,建造防洪堤壩,河水引流分洪,治理汙染等。

自然正熵的**有:

1.自然災害正熵。例如:火山、**、颶風、海嘯、雷電、冰河期、小行星撞擊等。

2.野生動物活動正熵。野生動物的生物鏈基礎是植物,他們需要攝入自然負熵,排除自然正熵以維持生存等。

3.人類社會社會活動產生的正熵(即廣義社會正熵)。例如:人類過度砍伐森林;環境汙染等。

自然界是人類和野生動物賴以生存的家園,地球的歷史告訴我們:在人類社會出現以前,自然正熵與自然負熵是可以維持平衡的,而人類社會出現以後,自然正熵在增加,這是無可爭議的事實,不得不引起人類社會的思考。當廣義社會正熵≥廣義社會負熵時,人類社會損失的負熵就要從自然負熵中得到補充,從而導致自然熵增。

久而久之將導致三個結果:1.自然界無法承受熵增而崩潰,人類社會也隨著崩潰。

2.自然界無力補充人類社會所需的負熵,人類社會崩潰,自然界則逐步重新得到平衡。3.

自然界無力補充人類社會所需的熵,人類主動尋求人類社會活動產生的正負熵的平衡,從而與自然界和諧共存。

第3種結果是我們要得到的,就看人類是否有能力做到。要分析這個問題就要從現在的現實社會出發了,那麼就要提到狹義社會熵了(我國構建和諧社屬於該範疇)。

影響狹義社會熵的因素有:

1.系統內部。

(1).人口。人口越多,人均負熵就越少,提高狹義社會負熵的難度就越大。

(2).社會政策:與時具進的、合理的社會政策能使社會政治、經濟、文化、生產、生活等方方面面和諧發展,人與人之間的關係也會和諧,這就有利於提高狹義社會負熵。

2.系統外部。

(1).從國外攝取負熵,以補充國內正熵。例如出口,掠奪戰爭等。

(2).直接從自然界攝取負熵,以補充國內正熵。例如:

採礦,砍伐森林等。由此可見,乙個國家可以通過多種手段來實現正熵與負熵的平衡,但是如果沒有與時俱進的政策,社會整體機能就會衰退,社會正熵就會增加,繼而加劇該國家從外部攝取負熵的力度,不論是從其他國家攝取還是從自然界直接攝取,本質上都加大了自然熵增,這種社會發展是暫時的,不可持續性的,不和諧的。所以合理的社會政策,必須能真正解決人與自然正負熵的平衡,只有通過合理政策來為自然界注入人工負熵,才能平衡人類社會產生的正熵,從而達到人類社會與自然界長期穩定的和諧發展。

但是僅僅乙個國家做到這些是徒勞的,因為該國家如果停止攝取外部負熵,他就成為了乙個自封閉系統,自封閉社會就意味著落後與守舊。因此,合理的社會制度要建立在整個人類社會共同努力的基礎上。這就需要全世界必須達成共識,協調一致才能實現人與人、人與自然長期穩定的和諧,大的方向應該是世界的一體化(一體化包括經濟和政治一體化,它是乙個緩慢的過程,但也是一種迫切的需要)。

而自私自利的意識形態導致世界多極化,阻礙一體化發展的程序。現在的經濟形態對自然界的破環程度是空前的,人們自以為能控制局面,豈不知每天有多少森林變成了沙漠;人們自以為每天沐浴在溫暖的陽光裡,豈不知臭氧層很可能會消失,紫外線會消滅一切地表生物!狹隘的、混亂的、經濟利益放在第一位的社會,真能讓人類長期生存在這顆星球上嗎?

如果不能,人們還不如回去做原始人,少為

自然界製造一些正熵!因此,只有全人類思想一致,才能把混亂的社會秩序轉變得有計畫,才能用統一的政策來平衡正負熵,才有利於人與人、人與自然的和諧共存,否則只能是各自為戰,或者說是各自破壞!

其實討論狹義社會熵就是在討論人與人之間的和諧問題,而討論自然熵與社會熵的關係就是在討論人與自然之間的和諧問題!地球壽命還長,人類為何不能與她和諧相伴,而是像搶購打折商品一樣非要趕著去和她同歸於盡呢?

熵與管理:

一、 對於乙個孤立系統 ,熱力學系統在經歷乙個非可逆過程、從非平衡態到平衡態變化的過程中,熵不斷增加,系統從有序走向無序,在最終到達平衡態時,系統熵最大、混亂度最大、最無序。

二、孤立系統實際上是不存在的。耗散結構理論將巨集觀系統分為孤立系統、封閉系統和開放系統,開放系統又有三種狀態:平衡態、近平衡態和遠離平衡態。

三、乙個遠離平衡態的開放系統,通過不斷與外界交換物質和能量,在一定條件下,產生自組織現象,實現從無序到有序的變化。這種自發形成的有序結構稱為「耗散結構」。

四、一切生物系統和社會系統都是開放系統,且處在遠離平衡態,因而它們具有以上產生自組織現象的共同特點。對於開放系統的企業熵 s,可以用下式表示:

s = si -se

其中,si 是企業內部不可逆過程造成的熵變,它總是正的,即熵增加的方向,稱為內部熵;se是企業與外界作用由外界通過邊界流入企業的熵流,它可以是增加,也可以是減少,稱為交流熵。 但考慮到任何企業管理系統都是開放系統,內部的控制都要以與環境的輸入輸出為條件,必須不斷與外部環境進行物質、能量、資訊的交換,表現為人才、物質、資金、裝置、產品等與外部環境的交流。只有這樣,才能保持其管理結構的不斷改善和管理水平的不斷提高,即負熵值的持續增加。

否則 ,系統將不能執行,致使系統內部的人力、物力、財力調配發生困難,系統熵值增加。因此 ,企業經營的實質是乙個負熵的過程,即se < 0。我們可以分以下兩種情況來討論:

1. 若 | se | < si,則:s = si -se>0

計算結果表明,內部熵是乙個不可逆過程,隨著時間的推移,其值會增加,如果從外部流入的熵流se不能保證s = si -se的值小於或等於零,企業開放系統吸取的物質和能量不足以形成和維持耗散結構,這時混亂程度增加。表現為系統內部人力、物力、財力調配發生困難,系統熵值增加,企業的生存力、競爭力逐漸下降,並最終倒閉或破產。

2.若 | se | >si,則:s = si -se< 0

這是負熵過程,它能使開放系統由無序變為有序,或有序度增高,形成耗散結構,企業則執行有序,興旺發達。因此,企業系統可通過完全開放、自我改造,不斷地與環境進行物質、能量、資訊的交換,在耗散結構各要素的相互作用下逐漸克服混亂,使組織整體實現負熵值,來促使企業持續發展。

因此,企業的熵和我們描述自然界的熵性質一樣,永遠都是動態變化的,且變化的方向始終朝著熵增大的方向。企業的熵反映了企業生存狀態自然性的普遍規律,它是企業隨著市場經濟的發展,隨著社會的發展,生存力、競爭力逐漸下降並最終走向衰落的根本原因,是企業執行機理的根本反映。

自組織系統發展理論綜述

2023年4月30日

(本文是《資訊系統論總綱》的乙個摘錄)

摘要本文作為乙個提綱,簡要回顧了近50年來自組織系統理論的發展,指出各理論間有著深刻的內在聯絡。深入**自組織系統與非自組織系統的關係和各自的特點,有可能帶來各種自組織系統研究的基礎理論重大突破。

關鍵詞自組織耗散結構資訊系統開放系統統計物理學非線性遠平衡混沌分形

1、從無序到有序

從無序到有序對應於系統熵減,即資訊增加的過程。如果系統不是封閉系統,則系統通過與外界的能量、物質交換,有可能吸收「負熵」。生命系統,社會系統,自動機系統,作為開放系統,都有可能向有序化方向發展。

複雜開放系統,由於內部諸要素的耦合關係,在非平衡態條件下,呈現高度非線性化,從而可能進一步向遠平衡態方向發展,並在突變點發生相變,形成新的系統結構,形成有序結構。

2、三種系統

統計物理學中,能量和粒子數固定的系統稱為孤立系統,採用微正則系統;可以和大熱源交換能量但粒子數固定的系統為封閉系統,採用正則系統;可以和大熱源交換能量和粒子數的系統為開放系統,採用巨正則系統。

孤立系統或封閉系統必然趨向平衡態,在平衡區和線性非平衡區(近平衡區),不可能形成新的結構(根據onsager倒易關係和最小熵產生原理)。因此,作為有序結構的形成,在平衡、線性非平衡區是不可能的,或則說在遠平衡區才有可能形成一些新的結構。

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