熵：一種新的世界觀（通用2篇）
熵：一種新的世界觀 篇1
［導學新概念］
熵是一個物理學概念，是用來闡明熱力學第二定律的。作者在書中卻把這一物理學概念廣泛運用于哲學、經濟學、社會學、政治學以及西方文化的各個領域。所以學習文章時，需要注意《熵：一種新的世紀觀》一書的誕生背景，還需要對這種新的世紀觀有一個總的認識。
里夫金和霍華德的這部書是在1981年出版的，該書對現代科學技術所帶來的負面影響作了深刻的分析。現代科學技術在只有幾百年的發展中，為人類帶來了高度的文明，從根本上改變了我們這個世界。與此同時，現代科學技術也使人類陷入種種困境之中，如環境危機、能源危機等。1972年，馬薩諸塞理工學院的丹尼斯·米都斯領導的一個17人小組向羅馬俱樂部提交了一份題為《增長的極限》的報告。該報告指出，人口和經濟的增長，必然耗盡世界上不可再生的自然資源，同時污染環境，威脅人類生存。這一報告在全世界引起了巨大反響。1981年出版的《熵：一種新的世界觀》比《增長的極限》涉及的領域更廣泛，意義也更深遠。
把熵的概念引入對世界的認識中，遠遠擴大了它在物理學上的意義。熵定律不僅適合于地球，而且適合于整個宇宙。地球上的有效能量有用盡的時候，宇宙的有效能量也有用盡的時候。有效能量用盡，稱之為“熱寂”，到那時，一切能量差別都趨向于零，所有有用能量已消耗一空，到處是永恒的死寂。宇宙正無可挽回地走向死亡。這就是一種新的世界觀。
［資料顯示屏］
想象把一杯水放在桌子的邊緣上。稍微推一下杯子就會落到地面上去——無疑杯子會被打成許多碎片，水會濺到相當大的面積上，或許會被地毯吸收，還會流到地板的縫隙去。我們這一杯水在這里只不過忠實地遵循著物理的方程罷了。牛頓的描述即已足夠。杯子和水中的原子獨立地遵守牛頓定律。現在讓我們把這圖像在時間的相反方向表演。由于這些定律的時間可逆性，這些水可以一樣很容易地從地毯和地板縫隙中流出，流進一個由許多碎片拼湊而成的玻璃杯中，再整體從地板上剛好跳躍到桌子的高度，然后它停在邊緣上。正如杯子落下打碎的過程一樣，所有這一切又都和牛頓定律相吻合。……由牛頓力學推導而來的熱力學第一定律是時間對稱的。第一定律并不以任何方式限制玻璃和水，從而排除碎片聚集成杯子，并且充滿水后奇跡般地跳回到桌面上的可能性。……為了聚集玻璃碎片并收回所有濺開的水，而且最后優美地跳回到桌子上，必須以不可思議的精確度把它們的運動協調起來。可以肯定的是，這樣的協同的運動實際上是不存在的。
——《皇帝新腦》
煤比木材更難開采、加工，因此把它轉化到有用狀態要耗費更多的能量。這一點也可以在熱力學第二定律的作用中找到答案。世界上的有效能源不斷被消耗掉，而最先消耗的總是最容易得到的能源。后一個能源環境所依賴的能源總要比前一個能源環境的主要能源更難獲得。煤的開采和加工比樹木的砍伐更困難，而石油的開采和加工還要困難。分裂原子以獲得核能就更麻煩了。
——《熵：一種新的世界觀》
［教學設計ABC］
設計A
一、導入 新課
地球（宇宙）是一個巨大的能量寶庫，我們常常用“取之不盡，用之不竭”來形容。這能量寶庫真的就沒有用盡的那一天嗎?讀了《熵：一種新的世界觀》一文之后，我們就會有較為清醒的認識。
二、指導閱讀
1.速讀課文，解釋“熵”的含義。
明確“熵是不能再被轉化做功的能量的總和的測定單位”，熵是無效能量的總和，“污染就是熵的同義詞”。還需要注意“無效能量”這一概念。在談熵的含義時，作者講了蒸汽機做功和河水發電的事例，以此說明熵是不能再轉化做功的能量的總和。
2.再讀課文，解決兩個問題：一是能量耗散的問題，一是能源危機的問題。
明確：能量耗散意味著熵的增加，就意味著有效能量的減少，而我們做的許多事情，都是在消耗能量，哪怕在你點燃一支煙的時候，世界上的有效能量也在減少。加之地球上的不可再生能源是有限的，可以再生的能源也是有限的，所以人類會面臨能源危機。當然我們可以回收利用，但要做到百分之百地回收是不可能的，而且回收本身也都要消耗額外的能量。當宇宙的有效能量耗盡時，就不會有任何可以做功的能量，也就更不會有生命。
3.把熵與能量聯系起來思考，就會對世界產生一種新的認識，也就是一種新的世界觀。
4.閱讀目光要敏銳，閱讀感知也要敏銳。在兩次閱讀中，一定要把熵、能量消耗、能源危機等關鍵詞語找出來，并能作出準確的解釋。
設計B
導課可以采用設計A，指導閱讀可以變化為問題思考式。
1.在學生閱讀全文之后，讓學生談談對文章的大致理解。
2.教師可設計幾個問題，供學生們思考討論，從而加深對文章的認識和理解。
問題一：第一段結尾說，如果你聽說過“你不可能不勞而獲”“覆水難收”“天網恢恢，疏而不漏”等諺語，并且有過親身體驗的話，那你就懂得了熱力學第一定律和第二定律了。為什么這樣說?請談一談你對這些諺語意思的理解。
明確：因為可以用這些諺語來表達熱力學第一定律和第二定律的含義。例如，熱力學第一定律認為能量既不能被創造，也不能被消滅，但可以從一種形式轉化為另一種形式。熱力學第二定律認為“當能量從一個較高的集中程度轉化到一個較低的集中程度時，它就做了功”，而且，每當能量轉化后，我們就會“得到一定的懲罰”。這個懲罰就是已經作了功的能量，再也不能做功了。也就是說，盡管能量的總數沒有變，但做功之前是有效能量，做功以后就變成無效能量了。因此，每一次能量轉化都意味著有效能量減少，無效能量增加，也就是熵的增加。作者引用的諺語就是這個意思。“你不可能不勞而獲”是說要想有收獲，就一定得付出勞動，正如做功就得消耗能量一樣；“覆水難收”是說倒出去的水就再也收不回來了，正如做功消耗的能量就不能再做功了一樣；“天網恢恢，疏而不漏”是說法網雖寬，卻不會讓一個壞人漏網，在這里強調的是無一例外，即做功就要消耗能量，消耗了能量熵就要增加，這是宇宙萬物誰都逃不脫的定律。
問題二：為了闡述科學道理，文章運用了一些日常生活中的例子來幫助說明。請從文章中找出這樣的例子來，分別說說它們所說明的道理是什么。
明確：（1）“高樓拔地而起”“青草的生成”→都是能量的轉化，都要消耗有效能量。
（2）“燒掉一塊煤”→能量并沒有消失，只是轉化了，不過不能再用它來做功了。
（3）“點燃一支煙”→要消耗能量，有效能量就會減少。
這樣的事例是很多的，如：“餐具的使用”“把燒紅了的火鉗從火堆里取出來”“河水越過水壩流入湖泊”，都可以拿來分析，原來高深的道理就簡單明了了。
設計C
1.從環境污染談起，聯系現實，想一想我們應該為這個世界（宇宙）做些什么。（要有環保意識和能量意識）
2.從可持續發展談起，聯系現實，看一看我們已為這世界（宇宙）做了些什么。（要有危機感和責任感）
3.從本文內容談起，開動腦筋，談一談對作者這種新的世界觀的認識和評價。（要有科技意識和創新意識）
熵：一種新的世界觀 篇2
(2003-01-02 10:51:32)
里夫金 霍華德
熱力學關于熵的概念揭示了熱傳遞的不可逆性，即熱量總是自發地從高溫熱源向低溫熱源流動，而不是相反。本文從熱力學第二定律出發，將熵的觀念引申到能源、環境等領域，對當今世界普遍關注的能源危機、環境污染問題表示了深深的憂慮。閱讀時，要注意作者運用日常事例說明科學道理的方法。
節選自《熵：一種新的世界觀》(上海譯文出版社1987年版)。呂明、袁舟譯。作者里夫金和霍華德是美國當代著名社會學家。
積累下列詞語
明白無誤 嘔心瀝血 絞盡腦汁 深不可測 三昧
天網恢恢 疏而不漏 夷為平地 萬世不竭 告罄
無濟于事
一位名叫麥克斯·格拉克曼〔麥克斯·格拉克曼(1911—1975)〕南非文化人類學家，以研究非洲諸部落的政治制度著稱。的人類學家曾經說：“科學是一門學問，它能使這一代的傻瓜超越上一代的天才。”熱力學第一定律與第二定律早已編入物理學基礎教程，它們所表達的內容現在看來不過是簡單明了的常識而已。然而將它們最終明白無誤地表達出來，卻經過了一段曲折的路程；許多天才為之嘔心瀝血，提出過大量復雜的理論。奇怪的是，雖然科學家們多少年來為這兩個定律的真正涵義絞盡腦汁，地球上各民族文化的民諺卻早已悟出其中三昧〔三昧〕梵文Samadhi的音譯，指使心神平靜、雜念止息的修行方法。后借指事物的要訣。。我們都聽說過這些說法：“你不可能不勞而獲”，“覆水難收”或者“天網恢恢，疏而不漏”。如果這些諺語對你說來不算陌生，而且在日常生活中你也反復有過這樣的親身體驗的話，那么，你就懂得了熱力學第一定律和第二定律。
熱力學概念乍聽起來有些深不可測，其實它們是我們所知道的最簡單而又給人印象最深的科學概念。熱力學的兩個定律可以用一句簡短的句子來表達：
宇宙的能量總和是個常數，總的熵是不斷增加的。
這也就是說我們既不能創造，也不能消滅能量。宇宙中的能量總和一開始便是固定的，而且永遠不會改變。熱力學第一定律就是能量守恒定律，它告訴我們能量雖然既不能被創造又不能被消滅，但它可以從一種形式轉化為另一種形式。
我們應該牢記的最重要的一點，就是我們不能創造能量。從來就沒人創造過能量，也永遠不會有人能創造。我們力所能及的只是把能量從一種狀態轉化成另一種狀態。要理解這一點不甚容易，特別是考慮到一切都是由能量所生成的。世間萬物的形態、結構和運動都不過是能量的不同聚集與轉化形式的具體表現而已。一個人、一幢摩天大樓、一輛汽車或一棵青草，都體現了從一種形式轉化成為另一種形式的能量。高樓拔地而起，青草的生成，都耗費了在其他地方聚集起來的能量。高樓夷為平地，青草也不復生長，但它們原來所包含的能量并沒有消失，而只是被轉移到同一環境的其他所在去了。我們都聽說過這么一句話：太陽底下沒有新鮮東西〔太陽底下沒有新鮮東西〕這是《舊約·傳道書》中的話，一般譯作“日光之下，并無新事”。。要證實這一點你只需呼吸一下。你剛才吸進了曾經讓柏拉圖〔柏拉圖(前427—前347)〕古希臘著名的唯心主義哲學家。認為理念是世界的本原，是古希臘哲學家中第一個留下大量著述的人，對后世影響很大。吸進過的5 000萬個分子。
如果我們需要考慮的僅僅是熱力學第一定律，那我們濫用那萬世不竭的能源也沒有什么奧妙了。然而我們知道世界并非如此。比如我們燒掉一塊煤，它的能量雖然并沒有消失，但卻經過轉化隨著二氧化碳和其他氣體一起散發到空間中去了。雖然燃燒過程中能量并沒有消失，但我們卻再也不能把同一塊煤重新燒一次來做同樣的功了。熱力學第二定律解釋了這個現象。它告訴我們每當能量從一種狀態轉化到另一種狀態時，我們會“得到一定的懲罰”。這個懲罰就是我們損失了能在將來用于做某種功的一定能量。這就是所謂的熵。
熵是不能再被轉化做功的能量的總和的測定單位。這個名稱是由德國物理學家魯道爾夫·克勞修斯〔魯道爾夫·克勞修斯(1822—1888)〕德國物理學家，熱力學的奠基人之一。于1868年第一次造出來的。但是年輕的法國軍官沙迪·迦諾〔沙迪·迦諾(1796—1832)〕一般譯作“卡諾”，法國物理學家、工程師，在研究熱機效率的過程中，提出了“卡諾循環”定理。卻比克勞修斯早41年發現了熵的原理。迦諾在研究蒸汽機工作原理時發現，蒸汽機之所以能做功，是因為蒸汽機系統里的一部分很冷，而另一部分卻很熱。換一句話說，要把能量轉化為功，一個系統的不同部分之間就必須有能量集中程度的差異(即溫差)。當能量從一個較高的集中程度轉化到一個較低的集中程度(或由較高溫度變為較低溫度)時，它就做了功。更重要的是每一次能量從一個水平轉化到另一個水平，都意味著下一次能再做功的能量就減少了。比如河水越過水壩流入湖泊。當河水下落時，它可被用來發電，驅動水輪，或做其他形式的功。然而水一旦落到壩底，就處于不能再做功的狀態了。在水平面上沒有任何勢能的水是連最小的輪子也帶不動的。這兩種不同的能量狀態分別被稱為“有效的”或“自由的”能量，和“無效的”或“封閉的”能量。
熵的增加就意味著有效能量的減少。每當自然界發生任何事情，一定的能量就被轉化成了不能再做功的無效能量。被轉化成了無效狀態的能量構成了我們所說的污染。許多人以為污染是生產的副產品，但實際上它只是世界上轉化成無效能量的全部有效能量的總和。耗散了的能量就是污染。既然根據熱力學第一定律，能量既不能被產生又不能被消滅，而根據熱力學第二定律，能量只能沿著一個方向——即耗散的方向——轉化，那么污染就是熵的同義詞。它是某一系統中存在的一定單位的無效能量。
現在我們再回到起了“熵”這個名稱的克勞修斯那里。他意識到在一個封閉系統里，能量水準的差異總是趨向于零。任何人只要把燒紅了的火鉗從火堆里取出來，他就會注意到這個使克勞修斯得出熵的定律的現象。當一把燒紅了的火鉗從火中取出時，我們很快注意到火鉗開始冷卻，而周圍空氣的溫度卻開始上升。這是因為熱量總是從溫度較高的物體流向溫度較低的物體。經過足夠長的時間后，我們碰一下鐵鉗，然后用手感覺一下周圍空氣。啊!它們的溫度完全一樣了。專家們把這種沒有任何能量級別差異的狀態叫做能量平均狀態。水在平面時就處于這種狀態。在這兩種情況下，冷卻了的鐵鉗與平面上的水都不能再做有用的功了，它們的能量是封閉或無效的。但這并不是說人們就不能重新用水桶把水從壩底提到壩頂再讓水落下來，或者把火鉗再一次加熱。然而這兩個過程又將進一步消耗新的有效的自由能。
能量平均狀態是熵值達到最大的狀態，那時將不再有任何自由能量來進一步做功了。克勞修斯在總結熱力學第二定律時說：“世界的熵(即無效能量的總和)總是趨向最大的量的。”
我們地球上有兩個有效能量的來源：一個是地球本身所蘊藏的能量，另一個是太陽能。經濟學家赫爾曼·戴利對兩者之間的區別做了如下的解釋：
雖然太陽能量的總和每秒鐘都在遞減，然而遠在它的熵達到最大值之前，地球上的能源就早已告罄〔告罄〕指財物用完或貨物售完，這里指能源枯竭。了。每當你點燃一支香煙的時候，世界上的有效能量就減少了一點兒。當然就像我們已經指出過的那樣，在一段孤立的時間內的一個特定場合，我們可以逆轉熵的過程；但我們同時卻必須消耗更多的能量，并使整個環境的熵的總值進一步增加。這點對工業回收有特殊意義。許多人相信，只要我們發展適當的技術，那么我們所用過的一切東西都是可以被完全回收并再次使用的。其實不然。雖然更為有效的回收技術對我們這個星球的生存的確有著十分重要的意義，然而要做到接近100%的回收是不可能的。目前絕大多數金屬的平均回收率為30%。而且回收過程中廢舊材料的收集、運輸和處理都要消耗額外的能量，導致同一環境里熵的增加。
每個孩子在學習生物學基本原理時都被告知自然界一切物質是在不斷循環再生著的。這一點并沒有錯，因為它說的只是物質既不能被創造也不能被消滅，是熱力學第一定律的重復而已。然而不幸的是人們往往忽略了熱力學第二定律。而這一定律告訴我們，物質雖然可以循環再生，但必須以一定的衰變為代價。比如我們從地底下挖出一塊金屬礦石并將它冶煉成一件餐具。在餐具的使用期內，由于磨損，金屬分子不斷地離開這件餐具。這些離開了餐具的金屬分子并沒有被消滅，它們最終又回到了土壤中。但它們現在是零零星星地散失在土地里，而不是處于一種聚集狀態，因而已不能再像原來那塊金屬礦石一樣被有效地使用了。也許我們可以找到一個方法來回收這些四處散失的金屬分子，但在同時我們又要付出熵的更大增加的代價。我們必須安裝一部機械裝置來收集這些分子，還要動用新的能源來啟動這個裝置。機械裝置本身又來自地表里的金屬礦石，而它在回收其他零星金屬分子時又會磨損，又要損失自身的金屬分子。同時，回收裝置所耗費的能量又使熵有所增加。
當有效能量告罄時，我們稱之為“熱寂”。當有效物質用盡時，我們稱之為“物質混亂”。兩者導致的都是熵，都是物質與能量的耗散。結果它們的集中程度降低，做有用功的能力也降低。
有些科學家爭辯說，經過很長的時間，太陽能夠對地表起一定作用，使消散了的金屬分子又重新回到聚集的狀態中去。這在統計數字上也許是可能的，但對人類卻無濟于事，因為這個過程是用地質學上的時間來衡量的，也就是說要花好幾十億年的時間。然而在短期內，在一些特定的地理區域里，能源與物質的熵的增加則是實實在在的現象。
練習
一 課文的第一段，作者舉出三個民諺，用來啟發人們認識熱力學第二定律。作者又說，“如果這些諺語對你說來不算陌生……那么，你就懂得了熱力學第一定律和第二定律”。試結合文章的其他論述，從能量耗散方面，闡釋下面這些語句的意義。
1.你不可能不勞而獲：
2.覆水難收：
3.天網恢恢，疏而不漏：
二 “熵”(Entropy)這一中文譯名是意譯而來的。1923年，德國物理學家普朗克來中國講學，我國物理學家胡剛復作翻譯，苦于無法將“Entropy”這一概念譯成中文。他根據“Entropy”為熱量與溫度之商，而且這個概念與“火”有關，就在“商”上另加火旁，構成一個新字“熵”。本文在論述中，也多次以燃燒為例。試找出三個例子，說說作者舉這些例子所說明的道理。
三 本文闡述科學道理，有概述，有解說。概述部分多是論述的要點，常常用判斷語句；解說部分則多舉具體事例作說明。試以兩段課文為例，找出作者論述的要點，并對作者的論述作簡要分析。
四 在《熵：一種新的世界觀》一書中，作者還指出這樣一個事實：“世界上的有效能源不斷被消耗掉，而最先消耗的總是最容易得到的能源”，越到后來，開發利用能源越要“耗費更多的能量”。試結合本地的環境問題或能源問題，談談你對保護環境或節約能源問題的認識。