什么是熵？从生活里的例子说起

每年秋天，树木从绿变成红黄，树上叶子颜色的变化是随机的。当树叶落下时，它们不会整齐地堆积起来，它们只是会掉落在地上。同样地，当你把一副牌扔到地板上时，它们也不会按照花色或号码来排列。你的办公桌如果不清理，一定会变得越来越乱，而不会自动变整齐。如果一个灯泡掉到地上摔碎了，它永远不可能自己复原。

灯泡碎了不能自己复原
而这一切都是因为熵。
熵是系统趋向无序的一种趋势，是无序的量化。一副牌在你扔的时候不会自动重组，因为保持无序更加容易。让我们想想根据大小和花色来排列纸牌所花费的精力：你必须拿起一张纸牌，将它与其他纸牌进行比较，将它分类，然后再排列。你必须一遍又一遍地重复这个过程，直到所有52张牌都被比较和排列好，这需要大量的能量。

什么是熵？从生活里的例子说起
很久以前，在19世纪，鲁道夫·克劳西斯等科学家们就认识到了这种向低能发展的自然趋势，并试图对其进行量化，从而产生了熵的概念。熵解释了为什么热量会从温暖的物体流向寒冷的物体，解释了为什么气球在充满太多空气时就会爆开，它为更复杂的理解铺平了道路，从保持针的垂直平衡到描述蛋白质为什么会以特定的方式折叠。熵给了所有科学过程一个真正的方向。
今天对熵的现代理解是双重的。一方面，熵是一个宏观的概念，可以来描述落叶之类的东西。然而，在微观层面上，熵是高度统计的，它植根于不确定性原理。举个例子，气态物质的原子或分子可以在它们所占据的任何空间中自由移动。如果你能看到盒子里的气体，你会观察到微小的原子在墙壁间不规则地弹跳，偶尔会相互碰撞，并相应地改变方向。如果你记录下这个系统的温度和压强，你也就有效地测量了它的宏观熵——如果气体的温度很高，它的分子就会混乱地四处移动，它的熵，也会非常高，熵可以量化这种混乱。