Question

什么是熵，如何通俗地理解熵的含义

Answer 1

“熵”这个概念，最早是在热力学领域提出来的，是表示物质混乱程度的一个物理量。

但是，由于“熵”这个物理量不像“温度”、“压力”这些物理量，可以通过现有技术直接测量出来，这就使得“熵”这个概念很抽象，无法直观理解。

那么，究竟什么是“熵”，如何通俗地理解“熵”？

试想这样一个场景，在一个静止、透明、密闭的容器内，有一群小蚂蚁。从远处看，这群蚂蚁整体上处于一种静止状态。但是当我们走近观察，每只蚂蚁都在不停的运动当中。

当我们慢慢地加热这个容器时，蚂蚁们因为受热，运动速度逐渐加快，并且每只蚂蚁都被“烧”的晕头转向，慌不择路，运动行为越来越混乱。这时的蚁群非常混乱，可以认为混乱度很大。

相反，当我们冷却这个容器时，随着温度降低，蚂蚁们的运动越来越缓慢，不再晕头转向、慌不择路，蚁群混乱度也越来越小。当温度低至某一温度时，蚂蚁们甚至会被“冻”在原地，不再运动。这时，可以认为蚁群“没有一丝混乱”。

这个蚁群的混乱程度，就可以理解为“熵”；或者说，可以用“熵”这个概念来衡量。

当加热容器时，蚂蚁的运动越来越混乱，我们可以认为蚁群的“熵”越来越大；当冷却容器时，蚂蚁的运动越来越缓慢，混乱度越来越小，可以认为蚁群的“熵”越来越小。当每只蚂蚁都被“冻”在原地时 ，可以认为蚁群的“熵”为零。

现在，将蚁群换成某种物质，气体、液体、固体都可以，将每只蚂蚁换成物质的分子、原子。蚁群的“熵”就变成了热力学上的“熵”。

物质吸热，本身的分子或原子就会像蚁群的小蚂蚁一样，运动越来越剧烈，混乱度越来越高，物质的“熵”就会增加；物质放热，本身的“小蚂蚁”（分子或原子）运动的就会越缓慢，混乱度降低，物质的“熵”就会减少。而能够将物质的“小蚂蚁”（分子或原子）冻住不动的温度，就是著名的“绝对零度”即-273.15 ，一个只存在于理论上的温度点，在这个温度以下，物质的“熵”为零。

这就是“熵”的通俗理解方式。随着人类的认知拓展，发现“熵”这个概念不仅仅可以用在热力学上，还可以涵盖其他的领域，特别是信息“熵”的提出，大大扩展了“熵”的应用范围。未来，“熵”能涵盖的领域还将会进一步扩展。