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只关注竞争对手,可能会一起“死”| 熵增启示录

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 混沌大学 • 2019-05-13 14:00:08 来源:混沌大学 E1465G0

 只关注竞争对手,可能会一起“死”| 熵增启示录

(图片来源:摄图网)

编者按:本文转载自微信公众号:混沌大学(ID:hundun-university)。混沌大学是一所没有围墙的互联网创新大学,遍邀全球名师,拓展认知边界,奉献最专业、最实用、最顶级的互联网创新课程,陪伴这个时代最有梦想的人,早半步认知这个混沌的世界。

稳定和均衡,就意味着无序和混乱,意味着能量的无谓耗散,意味着发展的停滞。

打破系统的平衡,才能够抓住发展的契机。

(本文仅为完整课程的1/4,完整课程视频内容可点击文末小程序码免费学习)

授课老师 | 李铁夫清华大学微电子系副教授

能量守恒定律告诉我们,不同形式的能量之间可以相互转化,能量在不同物体之间也可以相互转移,在这个过程中,能量的总量保持不变。

但是,能量不仅仅是有大小之分,不同形式的能量,还有着不同的价值。

正是这种价值的差异,决定了在总量守恒的情况下,能量的转化和转移是一个有方向性的过程。

这对指导我们的事业,有着非常有趣的启发——

引子

能量的方向性

先讲几个容易理解的例子:

● 热量,是从高温物体转移到低温物体的。

如果反过来呢,有没有可能从低温物体传到高温物体?倒是有,比如空调,但这绝对不是一个自然的过程,必须要靠空调压缩机来做功才能完成。

● 汽车突然间刹车,会在摩擦力的作用下停下来,从能量角度来看,动能都转化成了热能。

有没有可能反过来呢?一直给轮胎加热,然后汽车就突然间就动起来了?给轮胎加热不行,但是汽车的发动机就是靠在里面的汽油燃烧放热,从而让汽车动起来的。但要注意的是,在这个过程中,发动机一定会通过排放尾气把多余的一些热量排到环境当中,并不是所有的热量都转化成汽车的动能。

这就告诉我们,能量自然的转移和转化都是具有方向性的。在物理学当中,对这种方向性的描述就是热力学第二定律:

不可能使热量从低温物体,自发地传递到高温物体,而不产生其他影响。

它还有另外一种表述方式:

不可能从单一热源吸收热量,使之完全转化为有用功,而不产生其他影响。

这里的不产生其他影响,就是限定了在自然的条件下发生的过程,而像前面例子中提到的空调压缩机做功、发动机向周围环境放热,就属于其他影响。

能量转化的方向性,是因为不同能量的价值不同。

这种价值是指什么呢?我们可以理解为,它是能量可以用来做功的一种可利用性,或者说能量转化成其他形式的效率。显然,热能的价值就不如动能,因为刚刚的第二定律告诉我们,热能如果用来做功还会产生其他的影响,不可能百分之百的把热能转化成动能。所以,能量不仅仅有大小,还会有价值的区别。

在物理学中,用“熵”来定量地表示这种价值。熵越高,说明能量的价值越低。

熵增“有理”

需要警惕

集中则价值高

能量的价值差别,是怎么产生的呢?

回到汽车的例子。当汽车运动的时候,它有一个确定的方向,每一瞬间它的运动都是沿着一个方向的,所有的原子都有一个相同的速度方向。这个时候整个汽车只有一个自由度,而汽车的动能就是集中在这个自由度上。

当汽车刹车,动能转化成热能,热能是物理内部所有分子的无规则运动,这种大量分子的无规则运动在每时每刻都是沿着无数个不同方向的,也就是说热能其实是分配在多个自由度上。

正是这种自由度的差别,造成了能量的不同价值。

如果能够把能量集中在一个自由度,那么这个形式的能量就更有价值,更能够用来做功。

就好像我们在工作中,如果公司能够把能量、资源集中在同一个方向——当然不是说所有的人都来做同样的工作,而是说都由同一个方向性的原则来指引——我们就能让资源发挥更大的作用,产生更大的价值。

无序则熵增

熵,可以用来衡量一个系统中能量的价值。熵越大,能量的价值越低。这是熵在宏观层面上的意义。

一般来说,一个宏观态对应着多个微观态。比如,我有两个孩子,这就描述了一种宏观状态;我的两个孩子,具体一点说可能有四种可能的情况,两个男孩、两个女孩、哥哥和妹妹、姐姐和弟弟,这就是四种微观状态。

这意味着什么呢?再看一个例子:

● 我们的房间里有各种各样的东西,当所有的东西都恰好放在它们应在的位置的时候,整个房间就是有序的,我们想找任何东西都能很轻易地找到。我们认为的有序,就是只有一种可能性,只有一种状态。

● 反之,当我们要找一样东西,比如钥匙,它可能在床底,可能在衣柜,甚至可能在垃圾桶的时候,它的可能性就太多了,对我们而言这就是一种无序。无序是由于有众多的状态,众多的可能性。

因此,有序只有一种,但无序却有很多。这很像我们经常说的一句话是,幸福的人都一样,不幸的人各有各的不幸。

熵,可以用来形容系统所处状态的有序性,或者叫混乱程度:

熵越小,微观状态数越少,也就越有序

熵越大,微观状态数越多,也就越混乱

熵增更容易发生

一般来说,每种微观状态出现的概率都是一样的。就好像我们掷色子,每个面出现的概率都是一样的。如果一个宏观态包含的微观状态数越多,那么这个宏观态出现的概率也就越大,因为微观态的概率可以叠加。

结合熵的概念,我们知道,如果一个状态的熵越大,那它出现的概率也就越大。

而系统自发的自然过程,都是从概率小的状态,向概率大的状态来演化。所以,描述系统自然变化的热力学第二定律有了一种新的表述方式:

孤立热力学系统的熵永不减小。

这就被称为熵增定律。

什么叫孤立系统?就是跟外界既没有能量的交换,也没有物质的交换的一个封闭系统。

综合熵的宏观和微观的意义来看,熵越大,系统的自由度越多越分散,系统的无序程度就越高,能量在这个过程中也不断地贬值。最终,这个熵增过程,将走向一个稳定的均匀状态。

这就好比:把一滴墨水滴到了水里,最后这滴墨水,会均匀地分布在整个水杯里。而这种稳定和均衡,就意味着无序和混乱,意味着能量的无谓耗散,意味着发展的停滞。

反熵增

走向有序的方法

既然熵增会把我们带到一个无序混乱的状态,那我们如何去反熵增,甚至实现熵减呢?

1. 降低耗散

熵增定律的完整内容是:一个孤立热力学系统的熵永不减小,如果过程是可逆的,则其熵不变,如果过程不可逆,则熵增加。

一般来说,一个过程之所以不可逆,最常见的就是在这个过程中出现了能量的耗散,能量降级了,能量不能再用来做功了。物理学当中的耗散,一般都是来自于摩擦和碰撞,两个物体之间相对运动造成的。

我们生活当中也会有耗散,一般这都是由于两个人方法观念立场之间不同造成的。所以说,降低耗散,意味着要减少系统和组织内部的这种阻碍,降低内耗、协同共进。

2. 开放

熵增定律是针对孤立系统的。这又告诉我们一个办法,就是把系统开放,通过物质和能量的交换,形成一个负熵流,来反熵增。

物理学家薛定谔曾说过,生命之所以能存在,就在于从环境中不断得到负熵。这就是新陈代谢的过程,低熵的物质进来,高熵的物质出去,从而带走体内的熵,保持人体是一个低熵的环境。

人体是一个高度有序的系统,身体不同的位置有血压差,血管内外有氧气和营养物质的浓度差,这就保证了生命体有序地运行。如果一旦这个序消失了,生命也就终止了。

3. 打破平衡

再看一个定义:当热力学系统,从一个平衡态经绝热的过程,到达另一个平衡态的时候,它的熵永不减小。这是说平衡态,如果是非平衡态呢?

一杯液体完全均匀分布在培养皿里,非常无序混乱。然后我们把这个培养皿放在一块热板上,从底部均匀加热。渐渐地,从无序混乱的结构当中,生成了一种有序的结构:中心处的液体会往上流,再从边上回落下来。最终,形成了新的热平衡。

这个实验带给了的启示是,对于一个发展停滞,或者接近停滞的系统或者组织,一定要开放,吸收外来资源或者能量,让整个系统的状态由稳定变为不稳定,这样才能在一点点微扰的情况下,产生对称性破缺,打破均衡,形成新的有序结构。这样一点点随机的扰动,才可能成为发展的契机,而不是停滞在一个稳定的状态当中。

4. 知识宽广

大家看一看这些字母,谁能明白是什么含义呢?

2

你会觉得这些字母是无序的、随机的。但如果把它们拿给一位基因科学专家的话,他就会知道,这是一段基因序列。

2

他有这方面的专业知识,就能看到其中很大的信息量。只有当你有足够多的知识,你的范式足够宽广,你才可以在无序中发现有序。

5. 升维

大家如果看过《三体》这部小说的话就知道,外星的高智慧生物,最后怎么把太阳系毁灭掉的呢?它就是甩过来一个二向箔,这样就把我们这个三维世界拍扁了,成为一个二维世界。掌握了高维度的高级智慧生物,就可以把低维度的生物像碾蚂蚁一样碾死。

看起来,这仍然是一种发现有序的过程,但这种发现跟普通的发现是完全不一样的,它需要的不只是你的知识结构和管理能力,而是还需要更多的能力。

比较贴切的一个例子就是苹果的史蒂夫·乔布斯。微软做PC,诺基亚做手机,苹果可能都很难去竞争。那我不去跟你们厮杀了,我创造一个新的维度——智能手机。他并不是把这两个原有的维度简单地结合起来,做一个手机上的操作系统,而是要做出一个新的生态体系,这里面的信息量,就变得非常非常大、

这就是在高维度上,看到你看不到的信息和序,就能利用它来做功。像乔布斯就能够把这个钱赚到,给其他人定义生活方式,但其他的人就做不到。

小结

今天讲的是物理学思维中的能量与熵。

如果回到能量守恒定律,它提醒着我们:看待一切问题都要有更广阔的眼光。一个小球在粗糙的U形池里滚来滚去,这个过程当然有动能和势能的转换,但最后你会发现,小球停在了最低处,动能和势能最后都转化成了热量。

也就是说,当你只关注你和你的竞争对手之间争夺的时候,也许整个行业的能量都已经流到其他地方去了,你和竞争对手最后一起死掉。面对自身的增长,也要看到是否只是因为你站在了一个能量流入的领域而已,其实可能在其他方面你已经落后于竞争对手了。

同时能量转化过程中“熵”的存在,熵增会把我们带到一个无序混乱的状态,使得发展停滞。必须采取一些手段“反熵增”,才能打破系统均衡,找到新的发展契机,

我们一定要有开放的眼光来看待事业,乃至人生的起起伏伏,这也会让我们更有机会触及到新的领域,甚至早日成为新领域当中的规则制定者。

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