溯源探幽：熵的世界（修订版） [The World of Entropy] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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冯端，冯少彤 著

图书标签:

• 熵
• 热力学
• 物理学
• 哲学
• 科学史
• 复杂性科学
• 信息论
• 宇宙学
• 修订版
• 科普

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030477255

版次：2

商品编码：11905242

包装：平装

丛书名： 国家科技进步获奖丛书 物理改变世界

外文名称：The World of Entropy

开本：16开

出版时间：2016-04-01

用纸：胶版纸

页数：235

字数：203000

正文语种：中文

产品特色

编辑推荐

适读人群 ：适合大众读者阅读，也是高等院校师生、中学教师、科技工作者的有益参考。
20世纪以来，物理学的发展日新月异，对诸多学科产生了重要而深远的影响，催生了一大批交叉学科，有力地推动了材料、能源、环境、信息等科学技术的进步，极大地改变了人类生产生活方式，改变了整个世界。
　　丛书主要作者均为我国物理学界著名学者，他们都曾在各自领域做出过开创性的贡献，对学科的历史和发展有独到的见解，同时有着深厚的语言文化功底，先后获得多种科普图书奖。丛书力求通过深入浅出的描述，辅以原创的科学漫画，结合各自科研过程中的有趣体验，带领读者进入奇妙的物理世界，感受物理之美，发现物理改变世界的过去和未来，适合大众读者阅读，也是高等院校师生、中学教师、科技工作者的有益参考。

内容简介

　　熵是一个极其重要的物理量，但又以其难懂而闻名。《溯源探幽：熵的世界（修订版）》将带你追本溯源，寻幽探微，漫游神奇的物理迷宫，领略熵的真谛。
　　《溯源探幽：熵的世界（修订版）》着重论述熵的基本概念，分别从热力学、统计物理、分子动理论、信息论、非线性动力学、天体物理和宇宙论等不同侧面、不同层次来剖析其蕴含的意义。同时，在宽广的范围内讨论了熵在现代自然科学与技术中的应用，阐明了它所处的地位。《溯源探幽：熵的世界（修订版）》内容丰富、取材新颖、文笔生动、通俗易懂，可供高等院校学生、中学教师、科技工作者以及科学爱好者阅读。

作者简介

　　冯端，中国科学院院士，第三世界科学院院士。1923年6月生于江苏苏州。著名物理学家，南京大学物理系教授。固体微结构物理国家重点实验室的创始人。在晶体缺陷、结构相变、非线性光学晶体的准位相匹配、纳米结构材料等方面的科学研究取得了重要成果；并以金属物理、材料科学与凝聚态物理的科学著作闻名于世。科学成果获国家自然科学奖五项、国家科技进步奖二项、何梁何利科学进步奖和陈嘉庚教理科学奖。
　　
　　冯少彤，1958年9月生于江苏南京。毕业于南京大学物理系，现任南京师范大学物理科学与技术学院副教授。主要从事基础物理教学及数字全息与衍射光学、光场调控等信息光学领域的研究工作，发表论文40多篇。

内页插图

目录

丛书修订版前言
丛书序
前言
第一章缘起——蒸汽机带来的学问
来自实践——瓦特与蒸汽机
当务之急——提高蒸汽机效率
理想化入手——卡诺的贡献
放之四海皆准——能量守恒
走向绝对——热力学温度
又一美妙的幻想——第二类永动机之梦
应运而生——热力学第二定律
谈非论是——“不可能性”的正面价值

第二章 “天将降大任于是人也”——熵的亮相
石破天惊——一个概念的诞生
殊途同归——再谈几种说法的等效性
天道盈亏——熵恒增=能贬值
极大与极小——平衡判据
概念的拓展——化学势与复相平衡
“推敲”平衡——稳定与否?
“冬季为什么要生火?”——耐人寻味

第三章 S=klogW——墓碑上的公式
剑手与雄牛的决斗——学术之争
不朽的丰碑——“写下这些记号的，难道是一位凡人吗?”
寓理于娱——棋盘游戏
黑白混淆——吉布斯佯谬
底蕴之所在——系统混乱度的度量
溯流寻源——玻耳兹曼统计
夹缝里的文章——涨落

第四章无序对有序——熵与能之间的较量
黑白交错——有序乎?无序乎?
概念落实——序的转变
寻根溯源——能与熵的较量
从阳刚到阴柔——走进软物质的世界
大师的洞见——熵致有序
弹性与高弹性——键力与“熵力”的比照
蛋白质分子的折叠——熵与能的交缠

第五章时间之矢——趋近平衡
开启演化之门——不可逆性
近水楼台——近平衡区的热力学
跨越时代的杰作——玻耳兹曼方程
逆其意而道之——日定理
“速度反演”——对日定理的诘难
“复现始态”——对日定理的另一诘难
分析与澄清——罐子游戏

第六章再谈时间之矢——远离平衡
视野扩展——表观上的差异
海阔天空——开放的世界
被忽略的问题——奇妙的对流
“蝴蝶效应”?——气象的可预测性
振荡之玄机——有趣的“化学钟”
生命是什么?——值得深思的问题
不解的疑团——“热寂”之谜

第七章 “零”的追求——向绝对零度的逼近
“永久气体”——神话的破
从理想到实际——一篇博士论文的贡献
多孔塞的妙用——节流致冷
结束与开始——氦的液化
八仙过海——致冷奇招
“熵”中看“光”——独辟蹊径
异军突起——激光致冷
艰辛的历程——创世界纪录

第八章琼楼玉宇，高处不胜寒-一奇妙的低熵世界
登场亮相——热力学第三定律
舞台背后——导向量子世界
“芝麻开门”——量子论的诞生
改弦易辙——量子统计
理想成真——量子气体的凝聚
世纪疑谜——超导性与超流性
空中楼阁——负温度

第九章妖精的启示——熵与信息
别出心裁——麦克斯韦妖
降妖伏魔——各显神通
不可或缺——信息
天作之合——信息与熵
待价而沽——信息与能
代代相传——信息与生命
谁执牛耳?——能熵之争

第十章 尚未了结——当代视野中的熵
从真实到虚构——相空间．、系综与吉布斯熵
墨水比喻——粗粒化与混合性
分等定级——从遍历系统到伯努利系统
面包师与猫——相映成趣，共参妙理
定量刻画——李雅波诺夫指数与动力学熵
铺平道路——通向不可逆性
桌球戏的启示——回归玻耳兹曼方程
余音袅袅——物理学规律与不可逆性
后记

前言/序言

溯源探幽：熵的世界（修订版） 引言 自古以来，人类对世界运行的根本规律就充满了好奇与探索。从古希腊哲学家对物质本质的追问，到近代科学革命对能量守恒的发现，再到如今信息时代的飞速发展，我们对宇宙的认知不断深化。然而，在众多物理学和哲学概念中，有一个概念以其深刻的普遍性、晦涩的内涵以及对现实世界无处不在的影响力，吸引了无数思想家和科学家去解读和探索——那就是“熵”。 《溯源探幽：熵的世界（修订版）》并非一本枯燥的理论手册，也不是一本充斥着晦涩公式的学术论文集。它是一次深入宇宙肌理的旅行，一次对“无序”、“混乱”以及“时间之箭”背后隐秘逻辑的追寻。这本书旨在带领读者走出对熵的刻板印象，揭示其作为宇宙基本属性之一所扮演的至关重要的角色。通过梳理熵概念的源起，剖析其在不同科学领域中的表现，并探讨其在人类社会、生命演化乃至意识起源等宏大叙事中的意义，我们试图构建一个更为立体、更为生动的“熵的世界”。 第一章：熵的诞生——从热力学的第一道曙光 本书的开篇，将带领读者回到物理学的黄金时代，追溯熵概念的萌芽。我们将审视蒸汽机的发明如何催生了热力学，以及科学家们在理解能量转换效率时所遇到的困境。卡诺的理想热机理论，虽然尚未直接点出“熵”这个词，却已经触及了能量耗散的本质。随后，克劳修斯在19世纪中叶正式引入“熵”（Entropie）这一概念，将其定义为与热力学过程相关的状态函数，并提出了热力学第二定律——“孤立系统的熵永不减少”。 这一革命性的定律，如同黑暗中的一道曙光，揭示了自然界朝着特定方向演化的必然性。我们将深入理解克劳修斯如何通过数学公式，将宏观的能量转换与微观的分子运动联系起来，为熵概念奠定坚实的科学基础。同时，我们将探讨克劳修斯对热力学第二定律的哲学思考，以及它如何挑战了当时普遍的机械决定论观念。这一章的目标是让读者理解，熵并非凭空出现，而是源于对自然界最基本运行机制的深刻洞察。 第二章：玻尔兹曼的宇宙观——熵与概率的交响 如果说克劳修斯的理论为熵的诞生提供了基石，那么路德维希·玻尔兹曼则为熵赋予了深刻的统计学意义，将熵的概念从宏观推向了微观。本章将聚焦于玻尔兹曼革命性的统计力学方法。我们将详细阐述他如何将宏观的热力学性质，如温度和熵，与大量微观粒子的随机运动联系起来。 玻尔兹曼提出的“Boltzmann方程”将是本章的重点。我们将用通俗易懂的方式解释这个方程的含义：熵是系统可能微观状态数量的对数。这意味着，一个具有较高熵的系统，其可能存在的微观状态越多，也就越“混乱”或“无序”。反之，低熵系统则代表着高度有序的状态。通过这一视角，热力学第二定律被重新解读为：系统倾向于从概率上更小的有序状态，演化到概率上更大的无序状态。 此外，我们还将探讨玻尔兹曼的“恒动宇宙”设想，以及他如何试图用熵增原理来解释宇宙的演化方向。尽管他的一些推论在当时引起了争议，但其关于熵与概率的深刻洞见，至今仍是理解物质世界运行机制的核心。本章将让读者领略到，熵不仅仅是能量的“散失”，更是信息量的“丧失”，是宇宙从结构走向随机的必然轨迹。 第三章：信息与熵——无序的尺度与知识的边界 随着信息时代的到来，熵的概念被赋予了更为广阔的应用空间，尤其是在信息论领域。本章将揭示信息熵与热力学熵之间的深刻联系，尽管它们的物理意义有所不同，但其数学形式和统计学内涵却惊人地相似。我们将介绍克劳德·香农在20世纪中叶提出的信息熵概念。 香农信息熵衡量的是信息的不确定性或随机性。一个信息源的熵越高，其产生的信息就越随机，其预测性就越低。我们将通过具体的例子，例如通信系统中的噪声，来阐释信息熵的含义。例如，一句包含随机字符的文本，其信息熵就很高；而一句高度重复的、可预测的文本，其信息熵则很低。 本章将进一步探讨信息熵在数据压缩、纠错编码等领域的应用，展现熵作为一种度量信息量和不确定性的强大工具。更重要的是，我们将讨论信息熵与物理熵的类比：当信息丢失或变得不可读时，就如同物理系统中的熵增一样，会带来不可逆的损失。这揭示了一个深刻的哲学问题：知识的获取和保存，本身就是一场与熵增进行的永恒博弈。 第四章：生命为何如此“反熵”？——秩序的奇迹与进化的奥秘 生命，作为地球上最显著的秩序奇迹，似乎与热力学第二定律所描绘的普遍熵增趋势背道而驰。生命体通过复杂的生化反应，不断地从环境中摄取能量和物质，构建出高度有序的分子结构和精密的生命系统。那么，生命是如何在熵增的世界中生存并繁衍的呢？ 本章将深入探讨生命与熵的关系。我们将解释，生命体并非孤立系统，而是开放系统。它们通过与外界交换能量和物质，将“无序”传递到环境中，从而在局部维持自身的“有序”。例如，植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，并构建出复杂的有机分子，这个过程在局部创造了高度的秩序，但同时将更多的热能散发到环境中，增加了整个环境的总熵。 我们将审视生命演化的过程，从简单的单细胞生物到复杂的多细胞生物，再到具有意识和智慧的人类，这个过程充满了“反熵”的迹象。然而，这种“反熵”并非对热力学第二定律的违背，而恰恰是在更大范围内遵循了熵增的原则。我们将探讨基因的复制与变异，自然选择的机制，以及这些过程如何促进了生命形式复杂性和有序性的不断增加，同时又将熵增的“代价”转嫁给环境。 第五章：宇宙的终局与熵——大沉默的预言 在对熵的微观和宏观表现有了深刻理解之后，我们将目光投向宇宙的宏大尺度，审视熵在宇宙演化和终局中所扮演的角色。本章将探讨“热寂”（Heat Death）这一宇宙终极命运的可能性。 我们将解释，根据热力学第二定律，如果宇宙是一个孤立系统，那么随着时间的推移，能量将趋于均匀分布，所有宏观过程将停止，宇宙将达到一个最大熵的状态，即“热寂”。届时，温度将处处相等，不再有任何可利用的能量梯度，一切活动都将停止，宇宙将陷入一片死寂。 然而，我们将也会讨论当前宇宙学中的各种理论，例如宇宙膨胀、暗能量等因素对宇宙终局的影响，以及是否存在其他可能的宇宙终局。本章旨在引发读者对宇宙命运的深邃思考，并理解熵增原理作为一种普适性法则，对宇宙的演化轨迹所具有的深刻指导意义。 第六章：熵与人类社会——秩序、创新与失序的风险 熵的概念并非仅仅局限于物理世界，它也为我们理解人类社会的发展和演变提供了独特的视角。本章将把熵的原理应用于社会学、经济学和信息传播等领域。 我们将探讨，社会系统如同一个开放的生命体，其发展和进步也伴随着对秩序的构建和对熵的抵抗。例如，法律、制度、教育、科学研究等都是社会为了维持和提高其有序性而进行的努力。创新和知识的积累，也是一种“反熵”的过程，它们能够打破既定的模式，创造出新的可能性。 然而，我们也将警惕社会系统中的“熵增”现象。例如，信息过载、社会结构的僵化、资源的过度消耗、环境的污染等，都可能导致社会系统的无序化和功能失调。我们将分析，信息传播中的“噪音”如何影响信息的有效传递，以及如何在信息爆炸的时代保持清晰的认知。 本章将引导读者思考，在追求社会发展的同时，如何平衡秩序与自由，如何有效管理信息，以及如何应对由技术发展和全球化带来的新的“熵增”挑战。 第七章：意识、自由与熵——心灵的奥秘 在本书的最后一章，我们将触及一个更为前沿和富有哲学思辨的领域：意识、自由意志与熵的关系。一些科学家和哲学家认为，意识的产生可能与信息处理过程中的某种“反熵”机制有关。 我们将探讨，意识是否意味着一种能够处理和组织信息，并可能进行“反熵”操作的能力。我们对世界的感知、记忆的形成、思维的运作，是否都涉及到信息熵的变化？例如，学习新知识可以看作是降低了我们对某个领域的不确定性，即降低了信息熵。 同时，我们也将讨论自由意志的概念。如果一切都遵循熵增的必然规律，那么自由意志是否存在存在的空间？本章将引用一些前沿的物理学和哲学观点，探讨意识是否能够对物理系统施加某种“反熵”的影响，或者说，意识本身就是一种对抗熵增的独特存在。 结语 《溯源探幽：熵的世界（修订版）》是一次跨越学科界限的探索之旅。我们从热力学的起源出发，穿越了统计力学的微观世界，抵达了信息论的抽象维度，并延伸至生命演化的奇迹、宇宙的终局以及人类社会的脉络。熵，这个曾经被视为“混乱”和“无序”的代名词，在我们深入探究之后，展现出其作为宇宙基本法则的深刻意义和无处不在的影响力。 通过对熵的全面审视，我们不仅能够更深刻地理解自然界的运行规律，也能够更好地认识生命本身的珍贵，以及人类社会发展的复杂性。在拥抱熵增的必然性的同时，我们也看到，秩序、知识、生命本身，正是人类永不放弃对“反熵”的追求的体现。 希望本书能为读者开启一扇新的窗户，让大家以一种全新的视角来审视我们所处的世界，理解我们自身的存在，并激发对宇宙更深层次的探索与思考。熵的世界，既有走向寂灭的悲凉，也有孕育无限可能的奇迹。在这趟溯源探幽的旅程中，愿我们都能有所收获，有所启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它既有学术的严谨性，又不失文学的韵味。作者似乎总能找到最精妙的词汇来描绘那些抽象的概念，使得原本晦涩难懂的理论，在他的笔下变得生动而富有画面感。我尤其欣赏那些比喻，它们精准地捕捉到了事物的本质，让人茅塞顿开。这种将深奥理论与优美文字完美结合的能力，是真正的大师手笔。它让我在享受知识的同时，也享受到了阅读本身的审美愉悦。

评分☆☆☆☆☆

初读时，我被作者那种娓娓道来的叙事方式所吸引。他似乎并不急于抛出结论，而是像一位耐心的向导，一步步引导我们进入他构建的世界观。这种不紧不慢的节奏，让复杂的思想变得容易消化。我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在与作者进行一场深入的对话。很多时候，读完一个段落，我需要停下来，回味一下刚才读到的内容，那种思考的乐趣是快餐式阅读无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

整本书读下来，我感觉自己的思维框架被重新搭建了一遍。它没有给我直接的答案，但却给了我一套观察世界的新工具。那种豁然开朗的感觉，不是因为学到了某个具体的事实，而是因为理解了事物运行的更深层逻辑。我发现自己开始用一种全新的角度去审视日常生活中的各种现象，那种对未知的好奇心被彻底激发了。这真是一次思想上的洗礼，让我对未来的探索充满了信心和期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和字体选择非常考究，阅读起来非常舒适。纸张的质感也很好，拿在手里沉甸甸的，让人有一种被重视的感觉。在如今很多图书都追求轻薄快餐的时代，能看到这样一本在物理形态上都如此用心的作品，实在难得。我特别留意了那些图表的呈现方式，它们清晰、简洁，即便涉及复杂的概念，也能通过直观的图形得到很好的辅助说明。这种对阅读体验的极致追求，让我愿意花更多时间沉浸其中，而不是被阅读过程中的不适分散注意力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是视觉上的享受，那种深邃的蓝色调和抽象的星云图案，瞬间就抓住了我的注意力。它不仅仅是一本书，更像是一件艺术品，散发着一种既神秘又引人深思的气息。我花了很长时间端详这个封面，想象着里面到底藏着怎样的智慧和洞见。那种仿佛能透过封面看到宇宙深处的错觉，让我对即将开启的阅读之旅充满了期待。我喜欢这种能够用视觉语言先建立起情感连接的图书，它让我感觉这不是一本枯燥的理论著作，而是一次充满探索精神的旅程。

评分☆☆☆☆☆

本书通俗地阐述了粒子物理的基本知识，详细讨论了主要常见粒子如电子、光子、质子、中子、反粒子、中微子、共振子等乃至比较特殊的J／ψ等粒子的发现，生动描述了宇称不守恒、夸克模型及认识逐步走向统一的探索故事，特别是诺贝尔奖成果及其他重大发现或进展。还特别重点阐述了夸克在天文学和天体物理学上的应用，特别是关于奇异夸克星的探索和研究

评分☆☆☆☆☆

科普知识，还是要好好学习学习的。

评分☆☆☆☆☆

很有趣的一本书

评分☆☆☆☆☆

冯端院士，很有深度，生命赖负熵为生！

评分☆☆☆☆☆

质量一般，内容还没细看，适合科普

评分☆☆☆☆☆

很不错的一本科普读物。

评分☆☆☆☆☆

新版好像也没修订什么

评分☆☆☆☆☆

还不错的一次购物经历，商品物有所值

评分☆☆☆☆☆

名家之作，希望能加深对熵的理解。