
負熵(Negative Entropy)是熱力學與信息科學交叉領域的重要概念,指系統通過吸收能量或信息來減少内部混亂度,從而實現有序化的物理量。其英文對應詞為"negative entropy"或"negentropy",由物理學家薛定谔在1944年著作《生命是什麼》中首次提出,用于解釋生命體維持低熵狀态的機制(來源:維基百科負熵詞條)。
從物理本質分析,負熵與熱力學第二定律中的熵增原理形成對立統一。經典熱力學認為孤立系統的熵值(無序度)會自發增加,而開放系統可通過引入負熵抵抗熵增趨勢。例如生物體通過攝取食物(能量載體)将外部負熵轉化為自身有序結構(來源:《物理化學學報》熱力學系統研究)。
該概念在多個學科呈現衍生含義:
需要特别說明的是,負熵并非真實存在的物理量,而是對熵減過程的數學描述。現代研究中,該概念已延伸至經濟學、社會學等學科,用于分析系統穩定性與演化方向。
負熵是熱力學和信息學中的重要概念,以下是綜合多個權威來源的詳細解釋:
負熵(Negative Entropy)指系統中熵的減少量,即熵函數的負向變化量。熵是描述系統無序程度的物理量,而負熵則量化了系統的有序化程度。例如:當房間從雜亂變為整潔時,其負熵增加。
物理意義
代表系統從無序轉向有序的過程,如種子通過吸收養分轉化為有序的植物結構。在封閉系統中,熵增不可逆,但開放系統可通過輸入能量/物質獲取負熵。
生物學意義
薛定谔提出"生命以負熵為食",生物體通過代謝作用将高熵廢物排出,維持自身低熵狀态。例如人體通過進食獲取低熵食物,排洩高熵代謝物。
領域 | 具體表現 |
---|---|
物理學 | 描述熱力學系統有序性變化 |
生命科學 | 解釋生命維持機制 |
信息學 | 量化信息有序度(如編碼壓縮) |
熵的經典公式為: $$ S = k ln Ω $$ 負熵則表示為: $$ N = -ΔS quad (text{當}ΔS < 0text{時}) $$ 其中$k$為玻爾茲曼常數,$Ω$為微觀狀态數。
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