物的三个特征—质量、能量、信息量

张学文，2020 10 23-24

唯物论承认物质是第一性的客观存在。但是我们不能空洞的谈物，而具体的，有限的“物”都具有三个基本特征量。

这三个特征量就是该物质（有限的，特定的）的质量，能量与状态丰富程度。

物质具有质量的事人们早就知道，并且已经明确了它的量化方法。千克，就是计量某有限的物质的重要特征量。

有限的物质具有有限的能量，这个问题我们也是早就含含糊糊的知道了。但是如何计量不同外观，不同含义的能量，以及它们如何换算，则是19世纪中叶，能量守恒原理发现以后，知道动能、位能、电能等等如何换算以后才逐步量化的。

我们可以说不含质量的物物质是不存在的，我们可以说没有能量的物质也是不存在的。

20世纪的一大发现是质量居然可以与能量互相换算，这联系着放射性元素的发现。原子弹的发明以及爱因斯坦的质量能量换算公式！---这个公式居然把有限物质的质量与能量联系了起来并且在一定程度上可以互换！

把质量能量量化，发现它们可以换算是20世纪前科学的重要成果！

质量与能量概念的明朗化固然是科学的巨大成就，但是丰富的世界远不是简化到此就完结了。世界太丰富多彩了。单单用质量，能量去刻画它们是远为不足的。

是的，物质的状态千姿百态，远不是质量、能量两个数可以表达的。于是一个大问题：如何表达有限物质的状态的丰富程度？慢慢地让人感到这是是大问题。

另外，19世纪，人们在热力学研究中不得不提出一个物理量，熵（应当承认这个外国字的正文翻译比较蹩脚）。用以刻画有限物质的某种“糟糕”，“混乱”的程度。科学家发现似乎发现自发进行的过程总是让事物更糟糕，更混乱。科学家说这是热力学第二定律。但是这又与达尔文发现物种的进化论有悖。

20世纪称为信息世纪可能更妥当。千里眼，顺风耳这些古代的幻想在20世纪几乎成为每个人的当然享受。而这里也要求我们对信息做定量的表达。信息是是什么？信息不是质量，不是能量，但是它似乎与质量，能量有平起平坐的身份！

于是

于是1949年出现了定量刻画信息的量：bit，比特。比特的值越大你刻画的状态越是丰富，准确。

比特是什么

比特不是质量，不是能量，但是比特（信息量）确实在20世纪大行其道的物理量（现在的手机。电脑中的芯片的核心功能就是存储，变换信息）。人们还发现信息量比特与熵有很多对应特征。它们的量化单位居然是一家人。信息量被认为是消除无知程度的量，而熵可以理解为是负的信息量。

于是人类就在熵，信息量的用词下谈论，分析着物质的质量，能量以外的基本特征。

或者说，质量，能量，信息量（有时被称为熵）是刻画某物质的基本物理量。

对于有限的某物质（如一步手机），我们关心它的质量是多少（手机太重用起来不方便），它是否有电（能量是多少）而尤其关心它承载了多少信息量以及它们是那些信息。

确实，信息是有资格与质量，能量平起平坐的第三个基本物理量。

信息与熵是什么关系？

也许这样比方比较合适：

如果我们把金钱比作财富，那么债券就是负的财富

那么类似地，

如果把信息比作知识的丰富程度，那么熵就是无知程度，混乱程度。

….

于是面对有限的物质，它具有有限的质量，有限的能量，以及独立存在的有限的状态丰富性。这种状态丰富性（或者它的未知程度），在不同场合被我们用 “熵”，“信息量”，“混乱程度”，“复杂程度”等等词汇去表达它。

于是面对有限的，具体的某物质，其具体的质量，具体的能量以及具体的信息量就成为度量该物质的基本三要素。

于是信息量，熵，状态就成为与质量、能量并列的物质三大要素。

爱因斯坦不是用一个公式把质量与能量的关系量化了吗

好，下一步就是把质量，能量，信息量放在一个公式中---爱因斯坦质量能量关系需要再扩大。

信息不是神学，信息（有时被称为熵，复杂性，状态丰富程度）是物质具有的，与质量，能量并肩存在的特征量！

21世纪科学应当完成这个归纳！

至于热力学熵这个词，它仅是我们在认识信息的道路上，早年提炼的有益概念。但是过分强调热力学熵这个概念就妨碍了我们对物质的三特征（质量，能量，信息量）的提炼与归纳。

唯物论承认物质是第一性的客观存在。但是我们不能空洞的谈物，而具体的，有限的“物”都具有三个基本特征量。

这三个特征量就是该物质（有限的，特定的）的质量，能量与状态丰度（信息量）。

下午补充

100年前“信息””二字可能还没有进入科学名词词典，但是1920年熵概念已经被用来刻画热力学第二定律了
但是这100年的科学发展需要我们准确把握熵概念与信息概念，以及它们的关系
今天我们需要在统一审视它们的同时，在更高的层次上提炼有关的规律，而不是在这些概念面前为迷失了方向。