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热力学第二定律是自然界最大的负反馈

已有 6465 次阅读 2012-4-14 17:16 |系统分类:科普集锦| 热二定律, 负反馈

原先以为负反馈是有智能的生物体或者生物群体对变化的环境的一种适应,不知道这种作用可有一个精确的定义,按我的理解是这种作用是可以让这个系统避免走向一种不稳定的“疯狂”状态的趋势,达到一个稳定的状态的机制。

这样的例子太多。比如当人运动时,体内温度升高,到达一定的数值,就会出汗,从而降低这个温度。更有趣的是一些看上去似乎“智力”不高的昆虫群体,也有精妙的负反馈调节。比如蜜蜂群体,如何让外出觅食的哨兵能够了解蜂巢的需要,比如某一时刻,急需要水而不是食物。蜂巢的一个运行规则是当哨兵外出归来后,一般会采集一些样品,等待蜂巢内的工蜂帮助卸载。当采集水的哨兵返巢后,因为蜂巢的需要,它带的水很快被卸载。而带回食物的哨兵,因为优先级靠后,被卸载的速度慢一些。这样,整个蜂巢的行动向着采水方向偏移。没有一个中心指挥者,但是群体的每个成员都为这个群体的智慧性决策做出了贡献,也有人被这种智能成为分布式的智能。

我后来才意识到简单的物理系统也有负反馈作用,而且热力学第二定律是自然界最大的负反馈机制。热力学第二定律的克劳修斯说法是热不会从一个低温物体流向高温物体,而不带来其他的变化。在我看来,这就是自然界最最普及的一个负反馈。假设没有这个作用,设想一下,热可以自发从一个低温物体流向一个高温物体,这个宇宙立马会陷入到一个疯狂的状态,所有物体的温度会自发的向着温度越来越来高或者越来越低变化。开尔文说法是不可能从一个单一热源吸热做工,而不带来其他变化。这个说法离负反馈作用似乎远一些。因为这个说法的实质是一群分子乱七八糟运动的热能不可能没有代价的全部转化为整齐划一的动能(分子运动一致)或者势能(分子位置一致)。假设这种机制在自然界不存在,即热可以无条件的转化为动能或者势能,那么,整个宇宙似乎会变为一个大的机械钟。所有的丰富现象将消失,所留下的只是单调的摆动而已。

还好,热力学第二定律有效的抑制了上面所说的极端和单调趋势。不过热力学第二定律本身也在造就另一种单调的趋势,宇宙陷入一种处处温度相同,处处一样的所谓“热寂”状态。其实,这种状态对物理学家来说,完全可以忍受。但是,生物学家很是不满这种状态。在这种状态中,似乎没有了生命的位置。

现在的看法是除了热力学第二定律统治无机世界外,达尔文的进化论在统治着有机世界,生存竞争和适应以及还可能广泛存在的自组织作用造就了我们周围丰富多彩的世界。

                                                   胡锋

                                                  2012414



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