溯源探幽:熵的世界

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出版者:科学出版社
作者:冯端
出品人:
页数:293
译者:
出版时间:2005-1
价格:32.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030155481
丛书系列:物理改变世界
图书标签:
  • 科普
  • 物理
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  • physics
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具体描述

《溯源探幽:熵的世界》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》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。

溯源探幽:熵的世界 图书简介 卷一:混沌之初与秩序的萌芽 本书以宏大叙事的手法,追溯了“熵”这一核心概念从哲学思辨到物理学基石的演进历程。我们不仅仅关注信息论和热力学中的经典表述,更深入挖掘其跨学科的本质——作为衡量无序程度的普适尺度,以及驱动宇宙万物演变的根本动力。 第一章:概念的诞生:从蒸汽机到统计力学 本章详细剖析了熵概念的萌芽。它并非凭空出现,而是根植于19世纪工业革命的现实需求。我们从瓦特蒸汽机的效率瓶颈入手,探讨卡诺循环如何确立了热力学第二定律的雏形。重点分析了克劳修斯对“不可逆性”的直观把握,以及他首次引入“熵”(Entropie)一词的深远意义。 随后,我们将视角转向统计力学。玻尔兹曼的工作是理解熵的转折点。本章细致解读了著名的玻尔兹曼熵公式 $S = k ln W$,阐明了微观状态数(W)与宏观热力学状态(S)之间的深刻联系。我们讨论了气体分子无规则运动的概率本质,以及“孤立系统总是趋于最大熵”这一看似简单的表述背后,所蕴含的巨大信息量和概率论基础。读者将在此理解,熵并非一种神秘的力量,而是系统内部微观粒子随机涨落的必然结果。 第二章:信息与不确定性的交织 熵的概念在20世纪被肖恩农“借用”并赋予了新的生命力,成为信息科学的基石。本章将热力学熵与信息熵进行对比分析。我们探讨了信息熵如何量化信息的“不确定性”或“缺失信息量”。通过具体的编码和传输实例,解释香农公式 $H = -sum p_i log_2 p_i$ 的构造逻辑,以及它在数据压缩、信道容量确定中的关键作用。 我们深入探讨了“信息即负熵”的哲学辩证关系。信息论的视角揭示了一个重要事实:任何有组织的结构、任何可识别的模式,都是在对抗局部熵增的过程中被构建起来的。我们将通过早期的电报系统和现代的数字存储技术,展示信息熵在工程实践中的量化应用。 卷二:宇宙的命运与时间的箭头 本卷将视野投向宇宙尺度,探讨熵在时空演化中的决定性作用,以及它如何定义了我们感知到的“时间之箭”。 第三章:时间的单向性与宇宙的宿命 时间的方向性是物理学中最令人困惑的问题之一。本章论述了热力学第二定律如何为时间提供了一个不可逆转的宏观标尺。我们对比了微观物理定律(如牛顿力学、量子力学方程)的时间对称性与宏观世界的巨大差异,指出熵增是连接这两者的桥梁。 重点讨论了“热寂”(Heat Death)假说。如果宇宙是一个巨大的孤立系统,那么它最终必然会达到最大熵状态——所有能量均匀分布,温度处处相等,任何宏观变化和做功的可能性都将消失。本章将审视不同宇宙学模型(如大爆炸后的膨胀、引力塌缩的可能性)对热寂时间表的修正和挑战,描绘宇宙终极图景的悲壮色彩。 第四章:耗散结构:在边缘保持生命 熵增定律似乎预示着一切终将归于平庸,但生命和复杂结构的出现却是一个显著的局部逆转。本章引入普里高津的“耗散结构”理论。我们阐明了系统如何在远离热力学平衡的“非平衡态”下,通过不断地与外界交换能量和物质,维持自身的低熵状态。 通过对湍流、贝纳尔对流、甚至生物体新陈代谢的分析,读者将理解生命并非违背了熵增定律,而是利用了环境的“熵流”来实现自身的复杂化。生命体本身是一个高度有序的“耗散结构”,它通过加速周围环境的熵增速率,来维持自身的暂时有序。本章探讨了这种“有序的代价”及其在生态系统中的体现。 卷三:现实的边界与前沿的猜想 本卷将探索熵在现代物理学最前沿的争议性应用,并探讨其在哲学和计算领域的深层含义。 第五章:黑洞、信息悖论与量子纠缠 黑洞是检验熵理论的终极实验室。本章回顾了霍金和贝肯斯坦在黑洞热力学方面的开创性工作。我们解析了黑洞熵与事件视界面积成正比的关系($S_{BH} propto A$),以及霍金辐射如何证明黑洞并非完全“黑”,它们也会蒸发并释放熵。 随后,我们将深入“黑洞信息悖论”这一世纪难题。如果信息是守恒的(量子力学基本假设),而黑洞蒸发过程似乎抹去了落入其中的信息,那么熵增定律和量子力学是否会在极端条件下发生根本冲突?本章梳理了弦理论、全息原理等前沿尝试如何试图调和这一矛盾。 第六章:熵、复杂度与涌现 在最终章,我们回归到熵与“复杂性”的关联。我们不再仅将熵视为无序,而是将其视为一种度量系统结构潜能的指标。高熵(高度无序)和零熵(完全固定)的系统都缺乏复杂的行为。真正的复杂度往往出现在中等熵的区域。 本章探讨了“涌现”现象——简单规则下,复杂模式的自发形成。例如在复杂性科学、人工生命模拟中,熵的局部波动是如何驱动系统跨越临界点,产生我们称之为“意识”、“社会结构”或“新物理定律”的宏大现象。本书的结尾,将引导读者思考:在熵的驱动下,我们对“起源”、“演化”和“终结”的理解,是否需要进行一次彻底的重构。我们所探寻的,正是宇宙最深刻的内在逻辑。

作者简介

冯端,1923年6月11日生于江苏苏州,原籍浙江绍兴。1946年中央大学物理系毕业后留校任物理系助教。1949年起历任南京大学物理系助教、讲师、副教授,1978年任教授。1984-1988年任南京大学研究生院院长,1986-1995年任固体微结构物理国家重点实验室主任,兼学术委员会主任迄今。1991-1995年任中国物理学会理事长,1992-1996年任国家科委攀登计划项目“纳米材料科学”首席科学家,1980年当选为中国科学院院士(学部委员),1993年当选为第三世界科学院院士。

冯端在凝聚态物理领域特别是晶体缺陷研究方面做了大量开拓性的工作,澄清了金属和氧化物晶体中缺陷的组态和起源,开辟了非线性光学晶体微结构化新领域,首次观测到铁电相变中的微畴结构和铌酸锂晶体非公度相变中公席错的结构及其演变。他为推动中国凝聚态物理的研究和发展起到了重要作用。

冯端60年代初即选择体心立方结构的难熔金属为突破口,采用浮区区熔法显示位错的技术,澄清了体心立方金属中位错的类型及其组态等问题。1978年后,又以在激光技术中获得重要应用的复杂氧化物单晶体为对象,采用多种实验手段,如浸蚀法、应力双折射貌相术、X射 线貌相术、电子显微镜衍衬像及高分辨率像等观测技术,对这些晶体中的位错、畴界、生长 条纹、生长区界面、包裹体等缺陷的类型、分布进行研究,并追溯其生长和相变中的起源和探索其可能的物理效应。

基于对铌酸锂等晶体铁电畴深入研究,掌握了制备具有周期性畴结构的晶体生长技术,冯端于1980年制备了周期为微米量级的聚片多畴铌酸锂晶体,在实验上首次全面验证了诺贝尔奖得主布鲁姆伯根(N.Bloembergen)关于非线性光学的准位相匹配理论,实现了铌酸锂晶体的倍频增强效应,从而在国际上领先开拓了非线性光学晶体微结构化这一新领域。随后,又在不能位相匹配的钽酸锂晶体中实现了准位相匹配,并研究了周期畴结构的形成机制。1996年4月中美“用于非线性光学及相关领域的微结构晶体”学术会议在南京召开,表明国际上已承认他的领先工作。

这些科研成果使冯端多次获得国家奖励,其中包括1982年国家自然科学奖二等奖(排名第一),1995年国家自然科学奖三等奖(排名第五)及1996年何梁何利科技进步奖(物理)。

目录信息

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 ——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——定理
“速度反演”———对定理的诘难
“复现始态”———对定理的另一诘难
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”——神话的破灭
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
异军突起——激光致冷
艰辛的历程——创世界记录
第八章 琼楼玉宇,高处不胜寒———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——超导体与超流体
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——从遍历系统到柏努利系统
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
· · · · · · (收起)

读后感

评分

“时间之矢构成熵永恒的主题。人文知识分子不懂热力学第二定律,就好象科学家未读过莎士比亚一样令人遗憾。”这本书的封面上写着这样一段话。这并不是什么大话,如果你读完这本书,就会知道,熵其实是宇宙这部华丽大戏的剧本。 发现熵本身就是一个曲折的故事,里面涉及到合作...  

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“时间之矢构成熵永恒的主题。人文知识分子不懂热力学第二定律,就好象科学家未读过莎士比亚一样令人遗憾。”这本书的封面上写着这样一段话。这并不是什么大话,如果你读完这本书,就会知道,熵其实是宇宙这部华丽大戏的剧本。 发现熵本身就是一个曲折的故事,里面涉及到合作...  

评分

很喜欢这套物理基础知识丛书。现在叫物理改变世界丛书。 震动最大的是最后一段,有关信息与熵的章节。当看到西拉德关于信息熵如何转化为物质熵的实验的时候。禁不住对自己说,我想要的就是这个,而且我觉得信息熵向物质熵的转化也许就是思考的本质。如果想了解信息熵与物质熵的...  

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很喜欢这套物理基础知识丛书。现在叫物理改变世界丛书。 震动最大的是最后一段,有关信息与熵的章节。当看到西拉德关于信息熵如何转化为物质熵的实验的时候。禁不住对自己说,我想要的就是这个,而且我觉得信息熵向物质熵的转化也许就是思考的本质。如果想了解信息熵与物质熵的...  

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人还是要靠希望活着的。而热寂的预言让人每每想到,就提不起眼前生活之兴趣。 这本书让我对于负反馈和负熵的认识有了新的疆界。并且融汇贯通于各领域内的写作,让人读来酣畅淋漓。极力推荐。 我重又审视了一次,现在热寂的普世悲凉中,信息的考量成为...  

用户评价

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《溯源探幽:熵的世界》这本书给我最大的启发在于它对“秩序”与“无序”关系的深刻剖析。我们往往倾向于追求秩序,而将无序视为一种负面状态。然而,这本书通过对“熵”的深入解读,让我看到了无序并非全然负面,它也是事物发展的驱动力之一。生命的诞生和演化,就是在不断地与熵的趋势抗争,通过消耗能量来维持自身的有序结构。同时,新的有序也可能从无序的混沌中涌现出来。这种辩证的视角,让我对“熵”有了更全面和更深刻的理解。它不再仅仅是“混乱”的代名词,而是宇宙运行的一种基本规律,一种能量在转化过程中不可避免的趋势。这种理解让我对生活的许多方面都有了新的思考,比如如何看待变化,如何理解进步,如何平衡追求稳定和拥抱变革。

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《溯源探幽:熵的世界》这本书的另一个亮点在于其广阔的视野。它不仅仅局限于物理学领域,而是将“熵”的概念延展到了生物学、信息论、经济学甚至社会学等多个领域。这种跨学科的融合,让我看到了“熵”作为一种普适性规律的强大解释力。作者在探讨不同领域时,都能够敏锐地捕捉到“熵”的关键作用,并将其清晰地呈现出来。这让我觉得,这本书不仅仅是一本关于科学的书,更是一本关于我们如何理解世界、如何认识事物发展规律的书。我喜欢这种能够打破学科界限,将知识融会贯通的书籍,它能够帮助我建立起更宏观的知识体系,并从中获得更深刻的洞察。

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这本书的写作风格非常吸引人。作者在保持科学严谨性的同时,并没有让内容变得枯燥乏味。相反,他善于运用类比、故事和引人入胜的案例,将“熵”这个原本抽象的概念变得生动而形象。我喜欢这种能够将复杂问题简单化,但又不失深度的叙述方式。阅读过程中,我经常会因为一个恰当的比喻而恍然大悟,或者因为一个生动的故事而对某个理论产生更深刻的共鸣。这种阅读体验,让我觉得自己在和一位知识渊博且善于沟通的朋友交流,而不是在被动地接受信息。这种互动式的阅读体验,让我在不知不觉中就掌握了大量的知识,并且能够灵活地运用到我的思考中。

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读完《溯源探幽:熵的世界》,我最大的感受是,原来我们习以为常的许多现象,背后都有如此深刻的科学原理在支撑。这本书不仅仅是关于“熵”的科普读物,更像是一次对世界观的重塑。作者通过严谨的论证和丰富的实例,将“熵”这个概念的深远影响展现得淋漓尽致。从宏观的宇宙演化,到微观的生命活动,再到我们日常生活的方方面面,都离不开“熵”的规律。我尤其欣赏作者在阐述过程中所展现出的那种对科学的敬畏和对知识的热情。这种热情能够感染读者,让我在阅读过程中感到兴奋和好奇,也更加愿意去探索未知的领域。这本书为我打开了一扇通往更深层次理解世界的大门,让我对科学的探索之路充满了期待。

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《溯源探幽:熵的世界》这本书的深度是我最看重的。我不是那种喜欢读浅尝辄止的书籍的人,尤其是在面对像“熵”这样具有深远意义的概念时,我更希望能够获得足够的信息和启发。这本书在这方面做得非常出色。它并没有满足于简单地解释“熵”是什么,而是花了大量的篇幅去探讨“熵”是如何影响我们所处的这个世界的。从宇宙的诞生到生命的演化,从热力学定律到信息论,再到我们日常生活中看似微不足道的现象,作者都巧妙地将“熵”的视角融入其中,展现了它无处不在的影响力。我特别喜欢作者在讨论不同学科时,是如何将“熵”这个概念进行跨学科的串联,这让我看到了科学的统一性,也看到了“熵”作为一种普遍规律的强大解释力。阅读这本书,就像是在解开一个又一个的谜团,每一次的阅读都带来新的发现和更深的理解。

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刚拿到这本《溯源探幽:熵的世界》,光是书名就足够吸引我了。我一直对事物发展的底层逻辑和驱动力充满了好奇,而“熵”这个概念,在我看来,正是连接这一切的神秘钥匙。它不是一个我每天都会挂在嘴边的词,但在很多我感兴趣的领域,比如物理学、生物学,甚至经济学和社会学的发展趋势中,总能隐约看到它的身影。这本书的标题,就像在邀请我踏上一场深入探索未知的旅程,从最基础的层面去理解万物是如何从有序走向无序,又如何在无序中寻找新的平衡。我期待它能为我打开一个全新的视角,让我能够更深刻地理解宇宙运行的规律,以及我们在其中扮演的角色。我喜欢这种能够挑战我固有认知、拓展我思维边界的书籍,相信《溯源探幽:熵的世界》一定不会让我失望。特别是“溯源探幽”这四个字,暗示着这本书不仅仅是简单的概念介绍,而是要追根溯源,深入挖掘熵在不同领域中的具体体现和影响,这让我觉得内容会非常扎实和有深度。我迫不及待地想翻开它,开始这段充满智慧的探索。

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读《溯源探幽:熵的世界》,我最大的感受就是一种对自然界运行方式的全新认识。在阅读之前,我可能对“熵增”有过一些模糊的印象,但具体到它是如何运作,又会带来什么样的后果,我并没有一个清晰的概念。这本书就像是打开了一扇门,让我看到了隐藏在万物背后的那股无形的力量。作者通过生动形象的笔触,描绘了熵如何驱动着事物的变化,如何解释了许多我们习以为常的现象。比如,为什么房间会变得凌乱,为什么食物会腐败,为什么时间似乎总是单向地前进,这些问题在“熵”的框架下都得到了令人信服的解释。我发现自己开始用一种全新的视角去观察周围的世界,那些曾经看似随机和混乱的现象,现在都似乎有了内在的逻辑。这种由浅入深的探索,让我对科学的敬畏之心油然而生。

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《溯源探幽:熵的世界》这本书给我带来的最大价值在于它能够引发我持续的思考。在合上书本之后,我发现自己仍然沉浸在对“熵”的理解之中,并且开始尝试将这种理解应用到我所生活的世界中。我开始反思,在追求进步和发展的过程中,我们如何与“熵”的趋势相处?如何在一个不断走向无序的宇宙中,保持自身的有序和活力?这本书并没有提供现成的答案,但它提供了一个强有力的框架,一个可以用来分析和理解这些问题的工具。我喜欢这种能够激发我独立思考的书籍,它让我不仅仅是一个知识的接收者,更是一个主动的探索者。这本书无疑会在我的知识体系中留下深刻的印记,并持续地影响我的思维方式。

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对于一本旨在探索“熵”这样复杂概念的书籍来说,《溯源探幽:熵的世界》在可读性上做得相当出色。我一直认为,即便是最深奥的科学知识,也应该能够以一种让大众理解的方式来呈现。这本书恰恰体现了这一点。作者在讲解过程中,并没有过多地依赖晦涩的专业术语,而是选择用更加通俗易懂的语言来阐述。对于一些必要的核心概念,他会给予详细的解释和举例,确保读者能够跟上思路。这种对细节的关注,让我在阅读过程中感到非常轻松和自信,也能够更专注于理解“熵”本身所蕴含的意义。我尤其欣赏作者在处理一些稍显理论性的部分时,能够适时地穿插一些引人入胜的轶事或历史背景,这使得整个阅读过程充满了趣味性和信息量。

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翻开《溯源探幽:熵的世界》,首先映入眼帘的是作者严谨的论证和清晰的逻辑。我一直觉得,要真正理解一个复杂的科学概念,不能只停留在表面的定义,而是要通过层层递进的解析,去把握它的核心脉络。《熵的世界》这本书恰恰做到了这一点。它不是那种只抛出几个高深莫测的公式然后让你自行脑补的书,而是用一种非常循序渐进的方式,从最基本的概念出发,一步步构建起对“熵”的理解。作者似乎非常善于用生活化的例子来解释抽象的科学原理,这对于我这样的非专业读者来说,简直是福音。很多时候,我会被一些过于专业的术语劝退,但在这本书里,我发现自己能够轻松地跟随作者的思路,一步步地走进“熵”的世界。这种沉浸式的阅读体验,让我觉得自己不再是旁观者,而是成为了这场科学探索的参与者。我对作者能够如此巧妙地将复杂的理论变得易于理解和消化感到由衷的钦佩。

评分

作为科普书,不够通俗易懂

评分

还算得上 言简意赅,深入浅出

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号称科普实则教材缩水版。。。。

评分

很多细节读不懂,只是囫囵吞枣。深入理解本书,需要一定的大学物理知识的储备。

评分

国人写的讲熵的书,很好,我们物理课本里还引用过里面的话

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