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1、减熵化理论及其应用张国庆安徽省潜山县林业局 安徽潜山 246300)摘要：减熵化(RE, reduce- entropy)理论源于减商化(RC, reduce-commercial)理论。从 系统熵的内耗定义dS=/F/G,我们可以看出，系统减熵化(即减少AS),实质就是减少系统 内耗/F或F,或者增加系统自由焓G。人类社会的减熵化，不仅仅是要通过减熵化维持系统 较高效率的，更重要的是，要符合人类的伦理，要促进人类社会健康发展，也即要公平发展， 让全人类共同分享社会发展成果，促进人类社会和谐发展。关键词：生态论；减熵化；减商化；自组织；有序化1. 减熵化理论渊源减熵化(RE， reduce-
2、entropy)理论源于减商化(RC， reduce-commercial)理论。20世 纪八九十年代，我国林业发展中存在只注重“绿化”，忽视林业经济效益的问题，尤其是政 府强制命令式的造林方式，不顾市场经济基本原则，违背林业科学规律，盲目选择造林林种 与树种，致使造林的生态与经济效益低下，森林健康水平低。 1991年，张国庆根据这一现状， 提出了“择市造林”理论。1999年张国庆在和谐发展初论论和谐发展再论和谐发展以及试论和谐林业 等文中提出了“和谐发展”与“按需生产”理论，随后又提出了“和谐林业”理论。 2001 年，张国庆在按需育林，和谐发展、生态原则与按需育林、试论复合生态系统与按需
3、育林等文中，进一步引入市场经济思想，在和谐林业理论中，将“择市造林”理论进一步 提升为“按需育林”理论。120显然，“择市造林”理论是减商化理论的萌芽，“按需育林”、“按需生产”则是减商化理 论的进一步发展。2010年，张国庆在生态论概述、生态论：复杂系统研究、发展学、系统法学 等文中正式提出了减商化理论，同时在减商化理论中引入当代互联网、物联网和社会计算、 社会制造技术，使得减商化理论得到了进一步完善。 1725表 1 减熵化理论发展进程发表时间理论研究对象主要内容1991 年择市造林林业系统根据市场需求，因地制宜，选择造林树种。1999 年按需生产人类社会系统根据社会需求，进行商品生产。2
4、001 年按需育林林业系统根据社会需求，培育森林。2010 年减商化人类社会系统减少人类经济活动中的商业活动；减少人类社会活动中 的无效劳动；提高人类社会劳动效率2015 年减熵化复杂系统抑制系统熵增，促进系统有序化，促进并维持系统健康。2015年，张国庆基于系统自组织理论和熵增原理，在减商化理论基础之上，提出了减熵 化理论。所谓减熵化，其实质就是通过一定的措施，抑制系统的熵增，促进系统有序化，提高 系统的健康水平，并使系统维持在较高的健康水平之上，从而使系统保持足够的稳定性。这个定义中包含了系统健康这一重要概念。张国庆2010年在生态论概述与生态论： 复杂系统研究中认为，系统健康(syste
5、m health),是指系统具有和谐稳定的结构，可以 持续发挥完善的功能，并且安全可靠。其中，具有和谐稳定的结构，是系统健康的基础；发 挥完善的功能是对健康系统的基本要求，也是系统设计的基本目标；只有安全可靠的系统才 是健康的系统，安全性差，可靠性低，这样的系统会对其它系统造成伤害，也会危及系统本 身安全。2230由此可见，减熵化，不是简单地抑制熵增，而是在减熵的基础上，同时还要保持系统健 康。更多的内容，详见参考文献22生态论：复杂系统研究中“第一章 生 态论概述”。2. 减熵化的物理基础2.1 熵的物理学意义2.1.1 熵的物理学定义在物理学中，熵(entropy)的定义可以简单表示为：S
6、为熵，Q为热量，T为热源的热力学温度。AS研究对象表示从热源吸收AQ热量引起的熵 变。对于可逆过程的热温熵A r ，只决定于初态A和终态B，与所经历的具体过程无关, AT因而对应于一个状态函数的变化，这个状态函数由克劳修斯(Rudolf Julius Emanuel Clausius)1865 年定义：AS = S - S def fBdQRB A a T熵是一个广延量，是一个状态函数，是平衡态的性质。熵常常用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。 一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系 统中，如果听任它自然发展，那么，
7、能量差总是倾向于消除的。也就是说，让一个热物体同 一个冷物体相接触，热量总是会从热物体流向冷物体，热物体将冷却，冷物体将变热，直到 两个物体达到相同的温度为止。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了上述定义。2.1.2 克劳修斯不等式由卡诺定理导出克劳修斯不等式，即可逆性判据：对于一个无限小过程，dS - T环T环1S - dQ 0因此，克劳修斯不等式的左式就是不可逆程度的度量。2.1.3 熵增原理熵增原理 principle of entropy increase，the principle of the increase of entropy ）：在孤 立热力系所发生的不可逆微变化过
8、程中，熵的变化量永远大于系统从热源吸收的热量与热源 的热力学温度之比。可用于度量过程存在不可逆性的程度。也即系统经绝热过程由一状态达 到另一状态熵值不减少。熵增原理表明，对绝热过程，AQ=O,有AS绝热30或dS绝热30，大于0时不可逆，等于0 绝热绝热I_ 八、I_ 八、时可逆， dS0,所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。又如对于恒压下的放热化 学反应，AHvO,所以生成物的焓小于反应物的焓。2.3 自由能在热力学当中，自由能(free energy)指的是在某一个热力学过程中，系统减少的内能 中可以转化为对外作功的部分，它衡量的是一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有 用能量”
9、。自由能定义有亥姆霍兹(Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz， 1821 1894) 的定容自由能A与吉布斯(Josiah Willard Gibbs， 18391903)的定压自由能G的定义。(1) 亥姆霍兹自由能 亥姆霍兹自由能又叫功函、自由能、恒温恒容位。封闭体系在恒温条件下，亥姆霍兹自由能A定义为：A 三 U - TS在封闭恒温条件下，-dA -aw-dA -(-Pl,dw + aw)外 表示体系在恒温过程中，发生不可逆过程，其体系的亥姆霍兹自由能降低值大于体系外所做 的功。对可逆过程，体系亥姆霍兹自由能的减少值等于体系对外所做的最大功。因此，亥
10、姆 霍兹自由能可以理解为恒温条件下封闭体系做功的能力，根本不可能发生亥姆霍兹自由能减 少值小于体系对外所做功的过程。封闭体系在恒温、恒容条件下，-dA -aw，dA aw或AA W封闭体系在恒温、恒容、w二0条件下，能发生不可逆过程AA ，此过程根本不能发生(2) 吉布斯自由能吉布斯自由能又叫自由焓、恒温恒压位。封闭体系在恒温、恒压条件下，吉布斯自由能 G 定义为：G 三 H TS 三 U + pV T封闭体系在恒温、恒压条件下，-dG -awdG aw封闭体系在恒温、恒压、W二0条件下,，能发生不可逆过程,，或在此温度、压力 能自发生 AG oJ =，体系已达平衡，只能发生可逆过程，此过程根
11、本不能发生封闭体系在恒温、恒压只做体积功的条件下，过程的方向是向吉布斯自由能降低的方向进行 一直到G达到最小值不变为止，限度是AG=O,可表示为0VG、卫丿T,P应该特别注意的是，封闭体系仅仅是恒温的条件下，AA判据可用，AG判据不可用。 使用AG判据时，一定要满足封闭体系恒温、恒压的条件。更多的内容，详见参考文献22生态论：复杂系统研究中“第三章 熵 与焓”。3. 复杂系统的熵3.1 系统的熵仿照物理学中的熵与焓的定义，我们可以对复杂系统熵与焓进行类似的定义。复杂系统的熵，是度量复杂系统混乱程度的参量。设x、y分别为复杂系统的自变量和 因变量，yfx）,若x、y为连续变量，则复发系统的熵S表
12、示为：dxdSdef dX若X、y为离散变量，则复发系统的熵S表示为:设Py为系统出现状态y的概率，k为系统常数（因系统不同而不同，因参量不同而不同）, 系统的熵还可以表示为：S = k In Py为了区分二者之间差别，我们把前者叫做参量熵（parameter entropy），后者叫做概率 熵 probability entropy）。3.2 系统的有序度系统的有序度（degree of order）,是系统有序程度的度量，与熵相对。根据研究对象和选择参量的不同，有序度D可以表示为：S 11- S,D = 1，IS3.3 复杂系统的焓（ 1 ）系统的能 系统的能（energy）,是系统保持运转的动力，也是系统发生发展的潜力。 就一个具体的系统而言，能可以是物质的，也可以是非物质的，例如信息、能量等，这 随着我们的研究对象和选择的具体参量不同而不同
