负熵是什么意思意思（正熵和负熵的含义）

熵是热力学中一个重要的物理量，用来表征物质的混乱程度。在热力学中，熵常被描述为一种“无序性”的度量。

按照熵定律，一个封闭系统的熵只能增大或不变，从而推断出一个封闭系统必然趋向于混乱、熵增、熵增加的状态。那么，如果存在一种负熵，又意味着什么呢？

负熵，也称为负熵增，是由生物学家埃尔文·斯泰尔（Erwin Schr?dinger）提出的一个概念，他在著名的《生命的奥秘》一书中曾提到：

生命有一个神奇的力量，具有可以抵消热力学熵增的能力，这个力量就是负熵。

负熵并不意味着物质混乱的程度变小，而是一种通过自组织、自发性质实现的秩序、规则和组织，从而在混乱的环境中心塞自己的秩序，进而发展壮大。因此，负熵也被称为“生命力”。

负熵的概念进一步发展了信息论和控制理论中的贡献，通常用于描述非平衡系统的自发组织现象，如晶体、自然生物系统和人工智能网络等等。

正熵和负熵的含义

熵是自然界中不可避免的趋势。在自然界中，我们可以简单地将熵理解为随机性、混乱性或者无序性。

如果一个系统没有外部作用，那么这个系统的随机程度将自然而然地随时间不断增加，这就是熵增。

正如其名称所示，正熵是指系统的熵随时间的不断增加而呈现的正的趋势。

熵增反映了系统内系统状态的热力学混乱性的增加过程。例如，一条细胞链断裂的细胞会逐渐破坏，这个过程中会伴随着更大程度的熵增，从而熵变量不断增加。

相反，负熵是抗熵的概念，它是指系统内部由于某种机制而形成的有序性或者自组织现象。

负熵是来自一个系统内部强烈的秩序、规则、组织和自发性质。生命就是一个例子，它是在从环境摄取物质和利用那些元素的情况下有序地发展生长。

负熵的存在是因为自然界还存在一些物理特性，比如有序性、属性规则等特性，使得有些非平衡系统可能会自发地出现有序现象，这就体现在负熵中。

这个过程可以形成一个稳定的系统，并且通过这个机制可以驱动这个系统执行复杂的任务。

白噪声就是一个无规律和随机性的典型例子，它并不包含任何有序结构，因此，白噪声的熵值比样本数据的熵值还要高。

特别的，只有在非常特殊的条件并通过特殊的操作手段可实现对白噪声的有效处理和利用。

负熵在科学和技术中的应用

负熵的概念具有非常广泛的应用，从生物学到工程学都有所体现。

在生物学中，负熵被用于解释生命的起源和演化。如鸟巢和珊瑚礁，都是完整、有序的系统，它们的存在是因为它们的自组织能力使它们能够利用它们所处的环境，以创造一个有序、优美的结构。

在化学和物理领域中，负熵的概念被用于描述自组织现象和它们的随时间演化过程。

例如，在单一原子级别上，二硫醚（TS_2）分子形成不同形式的三角形晶体，其物理特性如颜色、透明度和热传导率等受分子结构和定向的影响。

能够控制分子 self-assembly 过程的机制，正在助力半导体技术等领域的发展。

在人工智能中，负熵被用于描述神经网络的学习能力。现代人工智能的核心是深度学习，比如，通过神经网络实现语音、图像和视频的识别和分析。

通过权重调整和神经网络形态的调整，可以利用深度学习方法提高神经网络的学习速度和准确性。

这一创新方法不仅提高了人工智能的效率，还可以应用于其他领域，如机器人、自驾汽车等。

结束语

负熵是自然界中一种非常有趣的现象。与无序、混乱的熵相对，这种有序、自组织的现象在生命、信息和自然的领域里都有着广泛的应用。

负熵将持续引领我们对科学和技术的认知和应用，因此对负熵的深入研究将会对未来的创新产生巨大的影响。