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“熵”与“虚”探讨引发的网聊

已有 2663 次阅读 2019-11-30 22:14 |个人分类:思考中医|系统分类:科研笔记| 网聊, “熵”与“虚”, 探讨

李明远教授:通过与赵洪钧先生的讨论,本短文对“熵”与“虚”的关系做了探讨。在此基础上,进一步探讨中医与西医的相容性,或从热力学角度探讨二者的理论基础。仅供参考,并欢迎质疑、讨论。

链接“‘熵’与‘虚’的探讨”

“虚”在中医学中是一个抽象概念,“熵”在热力学中也是一个抽象概念。由于学科跨度较大,如何用“熵”理解或解释“虚”是一件较难的事情。在短文“关于“虚”的商榷”中,对“虚”做了基本的表述。本文将对“熵”也进行简要的表述,并进一步探讨“熵”与“虚”的关系,以便从科学的角度认识、理解“虚”。

为了使读者能够较准确、容易地理解“熵”、“熵增”“熵减”(负熵)的意义及作用,又避免繁琐、抽象的定义带来的困扰本文只将这些术语及概念的物理意义予以介绍,并做进一步讨论。在热力学中“熵”、“熵增”、“熵减”(负熵)的意义及作用、有关“体系”的变化过程等大致如下

是一个状态函数,熵的物理意义是对“体系”无序度的度量。熵值增大(熵增)体系的无序度增加;熵值减小(熵减,或负熵),“体系”的无序度减小

自发过程(spontaneous process):不受外力作用(影响),自然发生的过程。在此过程中,体系的能量降低。

下面将借助几个简单的实例,讨论、认识“熵”、“熵增”、“熵减”(负熵)的意义及作用:

在一个密闭的玻璃瓶中有较大的空间,充满空气,有1克水。保持玻璃瓶内处于恒温(如,60度)、恒压(如,1个大气压)、静止状态。在此条件下,水为“体系”,空气为“环境”。在将水加入到玻璃瓶中的初始时刻(t0),水没有蒸发,空气中水的浓度假设为0。过了一段时间,在时刻1(t1)时,水蒸发到空气里0.1克,并以微小水珠或分子的状态分散在空气中,成为气态的水。由于在此过程中,玻璃瓶内的温度、压力没有变化,也没有受到外来力的作用(重力忽略不计)。因此,此过程是一个“自发过程”。同时,由于水的质量少了0.1克,水具有的能量减少(或降低)。同样,在此过程中,0.1克液态的水(有序度较高)变化成数量众多的微小水珠或水分子,并分散在空气中,其无序度大大增加(熵增加)。在此条件下,水分散在空气中的过程是一个自发的、熵增过程。

如果将分散在空气中的0.1克气态的水,再变化成为液态的水。通常做法是(1)保持温度不变,增加玻璃瓶内的压力(当然,玻璃瓶必须能够承受足够的压力);(2)保持压力不变,使玻璃瓶降温。在这两个过程中,0.1克气态的水变化成为液态的水,“有序度”增加,导致熵减小(熵减、或负熵)。同时,由于液态水恢复到了1克,水的能量增加。而液态水能量的增加,来自于0.1克气态水“熵”的减少。这两个过程为液态水增加的这部分能量提供了条件。在这种情况下,0.1克气态水变化成为0.1克液态水,是在外界干预下的“熵减”过程。

注意,在(1)和(2)两个过程中,外界对空气(环境)加压或冷却,也使空气的密度增加,“有序度”增加,空气的“熵”也减小。同时,有部分热量散失到玻璃瓶外的大气中。在这种情况下,空气“有序度”的增加,也是在外界干预下的“熵减”过程。

在一个密闭的玻璃瓶中,有1克食盐,100克水。保持玻璃瓶内处于恒温(如,30度)、恒压(如,1个大气压)静止状态。在此条件下,食盐为“体系”,水为“环境”。将食盐加入水的初始时刻(t0),食盐没溶解,食盐在水中的浓度为0。过了一段时间,在时刻1(t1)时,食盐溶解到水里0.4克,并以离子状态分散在水中。由于在此过程中,玻璃瓶内的温度、压力没有变化,也没有受到外来力的作用(重力忽略不计)。因此,此过程是一个“自发过程”。同时,由于食盐的质量少了0.4克,食盐具有的能量减少(或降低)。同样,在此过程中,0.4克结晶的食盐(有序度较高)变化成数量众多的离子,并分散在水中,其无序度大大增加(熵增加,熵增)。在此过程中,食盐由固态变化为离子态的过程也是一个自发的、熵增过程。

如果将溶解在水中的0.4克食盐,再结晶成为固态的食盐。通常做法是打开玻璃瓶盖,对玻璃瓶加热,使水蒸发,水中离子(无序度较大)状态的食盐结晶,而“有序度”增加,导致熵减小(熵减、或负熵)同时,由于得到了0.4克结晶的食盐,使结晶的食盐达到了1克,结晶食盐的能量增加。显然,在此过程中,结晶食盐能量的增加,来自于离子状态食盐“熵”的减少。这也是在外界干预下的“熵减”过程。而对水加热,使水蒸发,不仅为结晶食盐增加的这部分能量提供了条件,并使水气化,使水的“熵”也大大增加。这也是在外界干预下,水的“熵增”过程。

在自然环境中,人体为“体系”,大气为“环境”。大气压力(如1个大气压)、大气温度(如25度),人体处在静止状态时。体内的水变化成汗(由“有序度较高”向“有序度较低”或“无序度较大”变化),使体内水分减少,并散发一定的热量。在此条件下,对人体而言,出汗也是一个自发的、熵增过程。

上述三个例子都是比较简单“体系”“自发过程”的“熵增”,或在外界干预下的“熵减”、“熵增”过程。基于这一思路也可以对不同体系、不同过程的“熵增”、“熵减”进行研究。比如,在人体消化系统的作用下,将作为食物的、“有序”结构的动植物变化成为大量“无序”的分子(熵增)。而这些动植物的分子通过生化反应又变化成“有序”的人体骨骼、器官、血液、皮毛等。在这个过程中,发生了“无序”的动植物分子向“有序”的人体结构的转化。因此,对动植物分子是“熵减”(负熵)。由于熵的单位是J·K-1,因此,动植物分子的“熵减”(负熵),可理解为给人体结构增加了能量。或者说,将动植物的分子转化为人体结构的同时,将动植物的能量转换为人体的能量。

转了一大圈,将“熵”与“虚”关联起来到底有什么意义?为了进一步探索、理解这个问题,我们还是要回到“气”是什么?这个根本问题。在“关于“虚”的商榷”的短文中,已明确“中医之气应该对应于物质及其承载的能量。能量可以做功,因此,物质具有功能。”在此基础上,再进一步探讨“熵”与“虚”的关系。

“虚”与“熵”。基于上述分析、讨论,“虚”、“正夺”、“正气夺”是人体的一个“自发过程”。在此过程中人体的“正气”逐渐“虚”,而消耗,甚至耗尽。依据热力学,这是一个“熵增”过程。或者说,在理论上,“虚”具有热力学基础。同时,在西医中“体质虚弱”或“体质衰弱”也是人体的一个“自发过程”,同样是一个“熵增”的过程。因此,在热力学基础上,中医的“虚”、“正夺”、“正气夺”与西医的“虚弱”或“衰弱”具有共同的理论基础。或者说,在此方面,对同一个研究对象,中医与西医完全可以“融合”与“贯通”。

气与物质。如果中医之气可以对应于人体的物质,基于物理学、热力学等,在理论上,中医与西医同样可以“融合”与“贯通”。例如,如果将“营气”对应于血液。如果是这样,在临床上,西医对血液做的大部分化验、检测指标,可用于中医定性或定量的表征“血虚”。当然,中医应该对这些指标的生理、病理意义有明确了解。否则,便不得其解。同样,在临床上,西医也可以借鉴中医“血虚”的理念,采用中医或西医的方法对患者进行治疗。其它的气,可以此类推。

气与能量。如果中医之气可以对应于人体的能量,基于物理学、热力学等,在理论上,中医与西医亦可“融合”与“贯通”。例如,对中医和西医而言,对“气虚”或“体弱”之人,都可以通过增加饮食或营养物质“补气”或“补充能量”。而在临床上,同样有各种各样的“补气”或“补充能量”的手段、方法,可互相借鉴。如喝糖水或输液补充葡萄糖;服用中药或西药等。

基于上述探讨,“熵”与“虚”具有内在的关联。“虚”、“正夺”、“正气夺”“虚弱”或“衰弱”均是人体的“自发过程”,也是一个“熵增”过程。在此方面,对同一个研究对象,在理论上,中医与西医具有共同的热力学基础,完全可以“融合”与“贯通”。在临床上,中医与西医的各种各样的的手段、方法,均可用于对人体“补气”或“补充物质与能量”。

聂广(深圳三院):李教授,看了您的探讨。“熵”、“虚”、“气”都是抽象的高层次概念,必须进一步细化为客观的物质和功能等层次,才能为医学所用。比如从功能上讲,包括功能不全、功能衰竭,进一步细化则有心、肺、脑、肾等实质脏器的功能不全或衰竭;从物质上讲,包括各种营养不良或低下的情况,需要根据各种营养成分进行补充。另外,物质和功能也是互相关联的。比如肝功能不全或衰竭,可造成白蛋白等合成不足,胆红素等代谢异常等等。仅仅停留在高层次的概念,是无法进入到医学的应用中来。因此必须细化,而只有实证的东西才能够细化,只有确定的概念才能够操作。中医概念为什么不能操作,就是缺乏确定性。可此可彼的名词,不能够成为“科学概念”。

比如,中医的“气”,能够用“能量”替代吗?中医的“血”、“营气”能够用“血液”取代吗?显然不能。因为中医从业者不答应,就是赵老师也不敢认可。如果强行取代,虽然实现了实证,实现了可确定性,却与中医学范式强烈冲突,除非你彻底抛弃它(中医理论)不可。

王昌俊:学学庄子。

相对性第一。

聂广:秘书长,庄子是哲学家,他可以优哉游哉。基础医学是较真的学问,难以“逍遥游”哇。

王昌俊:庖丁解牛,解的是真实的牛

聂广:那是技艺,不是理论。

李明远教授:聂教授,所言极是!“熵”、“虚”、“气”这些较基础的东西,都是比较抽象的概念。但不同的是“熵”具有明确的定义和物理意义等,而“虚”、“气”等却没有。如您所说,“中医概念为什么不能操作,就是缺乏确定性。可此可彼的名词,不能够成为“科学概念””。如果中医希望与西医和现代科学交流,或利用西医和现代科学的研究成果,则必须对“虚”、“气”、“气血”、“经络”等概念给予统一的、明确的定义或规范的表述(哪怕是仅仅按照中医的范式)。只有这样,才能依据人体这一客观研究对象、西医、现代科学和中医,去“实证”和“细化”,“只有确定的概念才能够操作”。如果仍然是按照千百年的思路走下去,对这些不确定的理论、不确定的术语、不确定的概念、不确定的脏腑等等,“悟来悟去”,是转不出这个“怪圈”的。这已是相当一部分国人的共识。目前需要的是朝着这个方向,选对正确的路径,踏踏实实地去做、去探索。

聂广:李教授好!其实,仅仅是个观念问题。中医的“血”是人体的“血液”吗?显然是毫无疑问。但为什么不是?因为古代医学都不是,无论是印度医学,西方古代医学,还是等等其他传统医学。因为在那个认识阶段,还没有对血液认识到今天的水平,还存在许多幻想的东西、虚构的东西。那自然是不一样的。但是今天,已经有了这样的认识水平,为什么不能为我所用?这就是范式差异,因为各种古代医学已经有了一套自说自话的理论体系,这些个体系与现代医学的实证体系出现了“生殖隔离”,它们之间也存在“生殖隔离”,也就是“不可通约性”。那么,怎样才能“通约”,即解除它们之间的“生殖隔离”?其实是可以做到的,那就是采取统一的范式,即统一的理论。

李明远教授:聂教授,对!“统一的理论”。赵洪钧先生在这方面已经做了几十年的探索,并取得了重要进展和成果。我说过,赵先生将“熵”应用于认识、解释“虚”,令我震惊!因为,即便是一个一般的读物理化学的博士,对“熵”的认识、理解也是一个较难的事情,更何况应用于人体这样一个复杂的体系。但赵先生做到了!尽管在两年前,我已经认识到可以用“熵”、“能量”等研究中医。并在2018年夏天与林兄谈过,如果是这样就可以对“气”等进行定性或定量的表征。而不再只是“悟”。但一年多来,在这个群里,我只是在讨论“能量”或“物质”与“气”的关系,没敢涉及“熵”等其它概念。因为,对大部分中医专家,很难接受这个“概念”。这很自然,对我也是一样,对一个概念,在不理解的情况下,不会去接受。经过这几年的探索,特别是看了赵先生的著作、文章(尽管我的认识、理解还很有限)。在基础科学的基础上,在理论上将中医与西医“融合”与“贯通”是可能的。直到目前为止,我还没有发现实现这一目标,在理论上还不存在不可逾越的障碍。因为,中医学也是科学,并且是一门应用科学!

我还没有发现实现这一目标,在理论上存在不可逾越的障碍!

聂广:刚才写了一些,因为事情耽误了一会。说到这里,我的意思已经非常明确了。进一步看,为什么古代医学五花八门?现代医学为什么独一无二?它们之间的差距在哪里?实际上,是医学理论形成方式上的差异,现代医学理论采用实证方法,而各种古代医学采用自然哲学方法;实证方法追求经验事实的真相,而自然哲学方法仅仅满足于给经验事实一个解释就行了。因此,印度医学有印度医学的解释,古希腊医学有古希腊医学的解释,祖国医学有祖国医学的解释。但仅仅解释是不够的,需要有预测功能,这又必须走上实证道路包括。实证医学永远像着接近真实的方向努力,因此需要不断地否定自己。

但仅仅解释是不够的,需要有预测功能,这又必须走上实证道路才行。实证医学的目标是永远接近真实的努力,因此在这个过程中需要不断地否定自己。正是这种不断否定的方式,造就了它的唯一性。

李明远教授:对!几百年来,科学的崛起,已经使过去人类几千年“积累”的、无数的“东西”灰飞烟灭!并创造了数不清的“新东西”。而这个速度越来越快!如果不在科学的基础上认识、理解、发展中医,对中医而言,将万劫不复!

聂广:各种医学体系所面对的,都是人体的生理病理,这些与自然界各种物质、各种生物相互交流,密切相关,无论从哪个方向追求真相,它永远是唯一的。因此,医学最终会统一起来,尽管研究的方向、角度有所不同。

李明远教授:至少作为治病的中医学,不应该游离于科学。而作为文化的遗产、或许可另当别论。

聂广:目前为止,现代医学是最接近人体和疾病真相的医学,而且它还有进一步向真相迈进的潜力,存在不断改正错误的机制。事实上,医学包括两大方面,一个是经验事实,一个是理论解释。在经验事实确立的基础上,发现其内在机制,也就是真实确切的理论。中医学的宝库在哪里?就是丰富的临床经验。一是确立经验事实的可重复性,二是找出经验事实的内在机制,三是在此基础上获得新的启示,发展新的经验事实......如此往复。 

李明远教授:一百多年以前,中医是在自己的“一亩三分地”上繁衍、发展。但现在“墙”没了,环境完全变化了。“适者生存”,对中医应该也适用。虽然“幻想”总是难以割舍,但现实不会原谅“幻想”。莫斯科不相信眼泪!

聂广:我们再回到中医的“血”是“血液”吗?如果血就是血液,那么脾就是脾,心就是心,那么中药的起效机制就是不同结构和功能的化合物的综合作用,针灸的起效机制就是它们的物理化学作用,那么“湿热”、“上火”、“肾虚”、“瘀血”、“气虚”、“血虚”等等缺乏可操作性的非确定性概念,就完成了它们的历史使命。

当然,这是就未来而言,不是今天,而且也仅仅是一家之言。未来是少数人的探索,我们多数人仍然活在当下,也必须活在当下。

李明远教授:“气”、“气血”、“经络”等理论也应该是中医宝库的重要部分,千百年前能提出这些理论实属先进。对于““湿热”、“上火”、“肾虚”、“瘀血”、“气虚”、“血虚”等等缺乏可操作性的非确定性概念”可以逐一进行研究,确定其本质含义或概念,再决定其取舍。

聂广:各位,今天“聊发少年狂”,大家看过就罢,不要在意我的胡说八道!

李明远教授:@聂广(深圳三院) 同感。

聂广:握手。



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