熵与可持续发展

• 作 者: 刘小丹
• 出 处: 华中师范大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 熵 定量评估 熵减 可持续发展 能源

熵可以定量地描述复杂系统的发展方向。本论文首先介绍了由热力学第二定律引入的热力学熵,玻尔兹曼熵和信息熵这三种最常见熵,在前两种熵的基础上推导出了相对论下理想气体熵的表达式,并将H2、He、H2O、H2O*、Ar、O4、S8、C60近似看作理想气体分子处理,以1千克物质质量为标准,用此表达式估算了对应的熵,接着考虑拓扑结构的影响,把理想气体熵和拓扑结构信息熵的形式统一并相加,再估算像H2O、H2O*、O4复杂化学分子系统的熵,直至最后用信息熵估算生物体DNA分子系统的熵。计算结果表明:系统越复杂有序,对应的熵值越小。进一步可以将熵的概念扩大到生命组织、社会组织等领域。我们知道在一个孤立系统中,自发演化过程必定会朝着熵增加的方向发展,最后走向“死寂”。人类生活的地球处于开放系统状态,以短波热辐射形式吸收太阳发射的可利用、方便、低熵形式的能量,这些能量通过不同的过程被地球吸收利用和分解,又以长波热辐射的形式将这些能量以高熵形式发散到宇宙和大气中去,形成熵减的环境。且地球有三种状态的水和大气层,使地球有恒定的温度,进而产生生命,则不难发现熵减的环境对于生物生存是有利的。可持续发展是一种既能满足当代人的需求,又不损害后人利益的发展观。能源作为各种经济活动和一般生活的一种基本投入,所以人类在地球上最大规模开发与能源生产有关。在能源的使用中,必定有能量转换过程,而大多数的转换过程都是熵增过程,增加的程度由能量转换效率决定。本论文后半部分从熵增的角度对我国常用能源进行分析,表明我们必须努力提高能源转换过程的效率,同时必须放弃那些效率低,熵产过大的方案,从而实现中国的可持续发展。