系统熵增更底层的原理(认知提升系列)

(1)

物理定义:熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程(Bortz, 1986; Roth, 1993)。 热力学定义:熵增加,系统的总能量不变,但其中可用部分减少。统计学定义:熵衡量系统的无序性。熵越高的系统就越难精确描述其微观状态。

薛定谔在著作《生命是什么》中更是将其列为其基本观点,即“生命是非平衡系统并以负熵为生。”人体是一个巨大的化学反应库,生命的代谢过程建立在生物化学反应的基础上。从某种角度来讲,生命的意义就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵减的能力。在人体的生命化学活动中,自发和非自发过程同时存在,相互依存,因为熵增的必然性,生命体不断地由有序走回无序,最终不可逆地走向老化死亡。

科学家把熵增看作是自然界/宇宙/系统的必然规则,而且具有不可逆性,或者说与熵增不消耗能量的特性相比,熵减需要巨大的能量。即把一个无序的系统变得有序,其所需的信息量、能量极其巨大。

在商业系统里举的例子就是企业。 一个企业如果是封闭的,随着其发展,必然会产生内耗,混乱,低效率等现象。所以企业要有序发展,必须想办法降低企业系统的熵增。比如华为通过金钱、人才等耗散的方式抵抗熵增,取得辉煌的成就。

(2)

这个规律是如此的无理,我们真的需要思考:熵增真的是宇宙一个最基本规律吗?为什么会熵增?熵增有第一因吗?如果有,是什么?

“熵”是对无序/混乱状态的一个度量。只要是度量就会有判断标准,那么判断混乱/有序的标准是什么呢?

是我们,是人类的意识。人类因为意识,所以要赋予意义。

人类因为有意识,才能去了解认识这个世界。因为人脑结构本身的局限,不能存储和理解所有的信息,否则就是宇宙本身了。人脑产生的意识是有序的,我们也只能接受有限量的有序信息。比如分散记住10个点信息,不如记住一个正十边形的顶点容易;记圆周率3.1415926….,不如记住π的算法和意义。

所以,有序无序的判断标准是以我们的认识能力为界限的,对人类无意义的信息我们就认为是无序,它就具有一定的熵值。

这个认知对吗?

一辆汽车,坏了不能行使,失去这个功能,汽车就熵增而亡。

但如果我们换个视角,不以我们的目的为中心,而是看到更大的系统,我们会发现它只是回收重新利用去实现其他功能而已。

一个人类认为是废墟的地方,对小昆虫而言,就是最好的有序,生存最有利。因为不适合人类生存,人类就认为这是熵增的。

大洋的海水,如果淡水和盐有序分开,对于我们人类而言是有序的,但对于鲨鱼等海洋动物而言,是无序的,因为无法生存。

这样的观点,其实已经在变化了。我们会用生态系统来描述一个自然生物世界,而不仅仅是以我们人类为中心。说生态系统,也是因为我们了解了其中的生态规律,对我们而言我们能够掌握能够理解,这些信息对我们有意义。因此,我们说一个生态系统是有序的。

一个企业倒闭了,其人才和设备和资金可能会给其他企业带来生机,在更大的范围实现有序。

更大的宇宙呢?

(3)

在热力学里热量自发从高到底,因为热量是以分子的碰撞运动表现的,分子运动是随机的,所以分子不会像鱼群一样为了某种目的聚在一起,一个分子受到一些力的作用,方向是随机的,没有目的和方向性。

进一步说,熵增是因为我们以人类的想法去衡量的,是以我们能理解为中心的定义法。换句话说,我们定义一个系统的混乱度,是以能描述它的状态程度或者它要输出/实现的功能和目标来定义的。当它不具有我们认为的某种功能时,我们就认为它是熵增的,直至衰亡。

但你认为的一种无序,是别人的有序。比如一大串怪异符号,可能是原始人/外星人/蚂蚁蜜蜂的文字,他们能懂,但我们理解不了就认为是无序的。我们总要找出一些我们能理解的意义。

我们是宇宙的一部分,我们有意识,宇宙也有意识。我们理解不了的信息,可能是其他意识能理解的,认为有序的。而其他意识也是宇宙的一部分。

又或者,宇宙在高维层面有序,映射到低维时空我们认为它无序。比如量子纠缠,为什么一个量子变化,另外一个量子在没有超距作用的情况下也变化?有个想法是,量子是一个高维有序的物体的一部分,在高维运动的物体各部分是正常运动,但映射到四维我们看不到那个整体,也就没办法理解它的规律。就像一个三维物体旋转,映射到二维上,就会发现平面上几个顶点没有任何联系,但按照一定的规律运动。二维生物显然无法看到三维的整体规律。

也因此可以设想,宇宙作为一个超高维的意识体,是有序的,只是我们还不清楚而已。

(4)

有一个混沌大学的课程说熵增是从小概率到大概率。比如房间各种物品有序摆放,如果时间长了不整理,可能就乱七八糟。每件物品的摆放有很多种可能,有序只是其中的一种,概率极低。这背后的第一动力是什么?

分子如果没有力的作用,它不会动,这是根据惯性定理推导的。如果有作用,它会按照最小作用量原理运动。惯性原理和最小作用量原理决定了自发运动是按照力的轨迹运动的。

什么意思?一个系统给定基础的简单规则,如果没有其他意志强加的话,它会按照自己的规律去发展,可能会涌现出各种表现形式。

举个人间的例子。

人在一个房间,与各个物品发生接触,会因为动作引起物品的位置状态变化。在作用的时候,是按照最小作用量原理,即成本效益原则,人的潜意识总会花最小的能量消耗去做一件事。动过的物品不去花时间花精力整理或者随手一扔,不要意识的参与,消耗小。而把物品放到相应的位置,可能需要思考需要走过去。

由此可知,意识和能量,是人类世界有序的必要条件。

(5)

熵增对生存者而言,只要利于它的生存或生存得更好,就是有序的,熵减的。不利于它的就是熵增。

因此,如果宇宙有一种生命形态是依靠我们所说的极度熵增(最无序)生存发展的,那么对那种生命而言,我们的熵增就是它的熵减。你会说,最无序就不会有生命的存在。

如果宇宙就是以最无序的方式最终才能呈现出一种宇宙的意识存在的话,你会怎么想?而且,无序是你以为的无序。

总结一下。

世界不是按照我们的意志意愿去发展的,它按照它自有的规律演化,只不过这种演化远远超出我们的理解,所以我们只好认为它是向无序演化的。诸行无常,这是背后的本质规律,我们只能在有限的范围内去划分出一个个小系统,去理解其中的结构关系和规律。

最后,我们给出熵增第一因的三种解释:

(1)人类有限的意识决定了这种有序无序的认知(不是其他生命意识,是人类赋予的意义)。

(2)惯性和最小作用量。这是系统在自发(没有意志作用,没有能量交换)下的熵增推力。所以维护一个系统需要意志,需要能量。

(3)高维到低维的投射。高维有序,映射到低维是无序的表现。和第一条认知能力有关。

系统因为有目标,人因为有意识,宇宙因为有意志,所以万物不断从这种状态变化到另一种状态。有序无序只是不同状态而已,不会有哪种状态一直保持,或者说不会有哪种状态一统天下。因为宇宙能量守恒,所以宇宙怎么会变得无序呢,只会是能量在不同状态中转换而已。

熵增,其实证明了我们人类认知的有限性。颜色,声音等等,都是人类感知得出的结果。而事实是颜色只是波长,声音只是振动频率。王东岳说我们要识别全部的信息,那个能量极其巨大。心经说:空中无色,无眼耳鼻舌身意,无受想行识。我们都被人类的意识所禁锢,都想要找出某种生存状态下的意义。

一个组织系统,要避免熵增,意志不可缺,开放不可缺,生态思维不可缺。这些都需要对熵增原理的深入理解。所以华为的成功就是上述三种方式的最佳范例。

谢谢你能看完。

系统熵增更底层的原理(认知提升系列)

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