熵原理及其在生命和社会发展中的应用

熵是物理学中的一个重要基本物理概念。通过对克劳修斯熵、玻耳兹曼熵的讨论,得到熵的本质和孤立系统的熵增加原理,并把孤立系统的熵增加原理推广为开放系统的熵原理。指出熵和熵原理的应用早已超出了物理学的范畴,广泛应用于许多自然科学和社会科学。阐述了熵原理在生命科学、宇宙热寂说和社会发展观方面的重要应用,指出熵和熵原理有助于人们形成科学的世界观和价值观,做出科学决策。     

热力学第二定律与熵变的宏观解释

讨论了热力学第二定律及其数学表达式熵、熵增加原理的宏观性质.     

生命起源过程的熵变是怎样的?

宇宙演化是一个熵增的过程,熵增驱动了生命的产生.但生命的出现让自然的部分变得有序,可以看成是一个熵减的过程.为什么整体无序的宇宙会产生高度有序的生命呢?生命起源时的熵是怎样改变的?     

Wehrl熵表征介观生物细胞量子效应的研究

借助信息测量理论中的Wehrl熵,研究热场中谐振子系统的Wehrl熵.将介观生物细胞等效成热谐振子.研究热场中Wehrl熵和介观生物细胞量子效应的关系.结果表明,wehrl熵不仅和谐振子的本征频率有关,而且与热场温度有关;生物细胞等效电路中电流和电压的量子涨落及相应不确定关系随Wehrl熵增加而增加,随Wehrl熵减小而减小;Wehrl熵是表征介观生物细胞量子效应的最好度量.     

自发熵减少及其统计公式

世界为何能抵抗熵增加定律而涌现自组织结构?孤立系统的熵是否永远只增不减?热力学退化和自组织进化可否统一,如何统一?本文从非平衡熵演化方程出发,论证内部有相互吸引力作用的非平衡系统可能会自发涌现一种新的熵减少,它与传统的熵增加定律共存,互相抵消,结果导致孤立系统的总熵可能减少,从而不仅使孤立系统亦促进开放系统涌现自组织结构。本文推导出这种新的熵减少率的统计公式,并从数学形式和微观物理基础两方面与作者前些年得到的熵增加定律的统计公式作了对比;进而给出孤立系统和开放系统的总熵变化率公式,前者由熵增加定律公式和新的熵减少率公式相加决定,后者为熵增加、熵减少和熵流出3项的代数和,二者都显示了热力学退化和自组织进化的统一。应用本文理论公式,定性地讨论了两个实际孤立系统不均匀结构的形成,包括对宇宙热寂推论的澄清。     

地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的. 文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.     

关于“环境熵变”的讨论

近年来,在普遍使用的几本《物理化学》教材中,已经明确了Clausius不等式是热力学第二定律的数学表达式,与过去以熵增加原理表述热力学第二定律相比,更具有普遍性意义。但是“总熵趋于极大”的说法仍然颇为流行,一般的处理方法是“把体系和环境(与体系密切有关的外界)合并为一个孤立体系”,那么,“孤立体系”的总熵变就等于原体系的熵变与环境熵变之和,于是 dS(总)=dS(体)+dS(环)≥0 (1)     

从刘维空间反常朗之万方程到非平衡熵

用刘维空间反常朗之万方程取代刘维方程作为统计物理的基本方程，由此得到了平衡态系综，推导出了吉布斯非平衡熵和玻耳兹曼非平衡熵的变化率、非平衡态热力学基本方程及熵增加原理。自扩散张量是决定熵产生和扩散熵流的重要参量，但在非均匀的远离平衡态系统内不能证明熵产生密度各处都为正或等于零，而在某些局部可能为负。     

肌二磷(5’—IDP)和胞二磷(5’—CDP)的化学合成

肌二磷和胞二磷是生物化学和医学研究中的重要试剂,是合成多聚核苷酸的原料。多聚肌苷酸和多聚胞苷酸的双链(poly I:C)为防治一些病毒病及肿瘤的有前途的合成药物,它可能导致机体产生一种“干扰素”的蛋白质,或通过其他途径,对病毒及肿瘤产生影响,从而可能达到防治有关疾病的功能。     

自引力辐射体系的熵的引力坍缩

利用李立新和刘辽导出的黑洞视界附近的辐射态方程计算了约束在一个球盒形子中的自引力辐射体系（含有中心黑洞）的熵的上限，讨论了该体系的引力坍缩的合理模式，证明了这一坍缩过程是一个熵增加过程；在坍缩过程中，整个体系的熵的上限等于具有相同质量的黑洞熵，这一结果为黑洞熵的起源提供了一个合理的解释。     

引力场是产生熵之源还是吸收熵之沟

首先对Penrose以及Bekenstein等人有关物质熵和熵的演化的基本论述作了扼要介绍,揭示出他们理论的核心论点是:确认Clausius熵增加原理是适用于宇宙物质一切演化过程的普适原理,把物质熵的增加方向规定为唯一(可观测)的时间箭头方向.进一步剖析了Penrose等人关于熵的演化理论中存在的基本矛盾,最后通过对正、负能谱系统中熵的演化理论的建立,有力地批驳了Penrose等关于熵和熵的演化理论中的错误论点,并对物质熵的具体演化过程进行了理论自恰的论述.     

仿生催化与生物分子器件仿生催化和生物分子器件的研究将促进微全分析系统(μ-TAS)和生物分子检测技术的发展

随着生命科学,特别是分子生物学和临床医学的发展,其研究不仅已从宏观描述进入分子水平,而且开始了对生命起源、癌症成因、遗传突变、药理机制、衰老过程等的研究,有关生物分子的检测与分子间作用机制的研究也就愈显重要.     

糖类遗传与生命起源

从遗传学角度探讨了糖类与生命起源，讨论了遗传学上的再认识，提出糖类在遗传学上扮演着重要、核心的角色、糖类是生命起源物质，基因是糖类衍生物。生命诞生过程可能是：先有糖类、然后有氨基酸和碱基；磷酸及其盐类既是生命物质的组成部分、也是催化剂，阳光或地热为能源，于是诞生了基因。生命体是分子相互作用、有序组合、自我调控的耗散体系。     

关于熵函数存在证明的探讨

本文提出了熵函数存在的新的证明方法。与传统的卡诺工程化推导方法比较,优点是简明扼要、逻辑严谨、突出了熵是状态函数的性质以及与可逆过程的热温熵间的关系。此外,文中还同时提出了熵增加原理的一种简捷证明方法。     

二元胶体的熵驱动相变

利用二元胶体的硬球模型,讨论了胶体的熵驱动相变机制,排斥体积发挥了重要作用,增加小球的自由体积,导致系统的平移熵增加,同时系统的混合熵减少,随着溶液浓度增加,必须保证小球有足够的平移熵,导致系统相分离的发生,溶液呈现宏观有序.     

基于熵定律的节能降耗对策研究

阐述了热力学熵增加原理,分析了湖北省能源现状,运用物理学中熵增原理说明能量只能不可逆转地沿着一个方向转化,论述了湖北能源开发与利用的途径.     

熵增加原理是一切运动和变化的原始推动力

实际上所有能发生的一切运动和变化都必然是增熵过程，与系统的选取根本无关。如果认为生成水是远离平衡的不稳定的状态，这是不正确的错误结果。耗散结构理论不符合实际情况。生成糖类化合物、脂肪和蛋白质的反应是一个增熵的过程。物质体系的平衡状态与环境条件有关。熵与物质体系的平衡状态和序无关。产生各种力的原因是有利于形成正、负基本粒子间或物质间增熵趋势。熵增加原理是一切运动和变化的原始推动力。     

试论黑洞结构的有序化

我们认为黑洞(BH)可能具有内部结构,且可能具有周期性的有序化结构。现论证如下。从统计热力学的研究得知:非平衡是有序之源。对于一个非平衡的开放体系来说,体系的总熵变δS应由两部分所贡献: δS=δ_iS δ_eS,(1) 其中δ_iS是体系内部本身的不可逆过程所引起的“熵增加”,δ_eS是体系与外界交换能量     

关于有序和无序的探讨 有序与对称破缺

有序和无序是系统科学深入发展提出的一对重要范畴。它的探讨不仅与系统科学有关,同时也涉及哲学、自然科学、社会科学等领域,是一个有较重要现实意义和理论意义的跨学科问题。耗散结构理论创始人普利高津指出:“我们的科学遗产包括两个至今尚未得到答案的基本问题,其中之一是无序与有序的关系。著名的熵增加定律把世界描绘成从有序到无序的演变。然而生物或社会的进化向我们表明的却是从简单中出现的复杂性。这怎么可能呢?结构怎能从无序中得出呢?”本期发表两篇从不同角度、不同观点讨论有序与无序的文章,供读者参考。     

论非平衡态统计物理基本方程——兼论非平衡熵演化方程和熵产生率公式

该文综述了作者的研究成果．十多年前,作者提出了一个新的非平衡态统计物理基本方程以取代现有的Liouville方程．这就是6N维相空间的随机速度型Langevin方程或其等价的Liouville扩散方程．这个方程是时间反演不对称的．它表明,统计热力学系统内的粒子运动形式同时具有漂移扩散二重性,统计热力学运动规律是由动力学规律和随机性速度二者叠加而成的,既有确定性又有随机性,因而有别于动力学系统内的粒子运动规律．粒子的随机扩散运动正是宏观不可逆性的微观起源．由这个基本方程出发,求得了BBGKY扩散方程链、Boltzmann碰撞扩散方程和流体力学方程,如质量漂移扩散方程、Naiver．Stokes方程和热导方程等．更重要的,首次建立了6N维、6维和3维相空间的非平衡熵密度随时空变化的非线性演化方程,预言了熵扩散的存在．这个熵演化方程在非平衡熵理论中起着核心作用．它指明,非平衡熵密度随时间的变化率是由其在空间的漂移、扩散和产生三者引起的．进而由这个演化方程,求得了6N维和6维相空间的熵产生率公式、即熵增加定律公式,论证了非平衡系统内部吸引力能导致嫡减少而排斥力则引起另一种熵增加,导出了熵减少率或另一种熵增加率的共同表达式,给出了统一热力学退化和自组织进化的理论表达式,阐明了趋向平衡的熵扩散机理．作为应用,还将这些熵公式用于计算和讨论了一些实际非平衡态和定态物理课题．所有这些结果都是严格统一从新的基本方程推导出的,未增补任何其他新假设．