初识熵增定律
华为总裁任正非在多次场合提到，华为的一切管理，都在对抗热力学第二定律——熵增，并表示退休后将从事热力学第二定律研究。熵增是什么呢？带着这个读点，我学习、梳理了相关资料，初步搞清楚了任正非说的是什么东东。
热力现象是自然界最基本的现象之一，无时不在、无处不在，但人类对热力现象的规律的认识，却还在不断的否定之否定中前进，直至今天。特别是热力学第二定律，由一个自然科学的物理定律，被上升为社会科学和哲学命题，引起了广泛的争议、持续的研究、多领域的应用，这在物理定律中，是绝无仅有的。
什么是热力学定律 热力学有四大定律，紧密关联，缺一不可，为了理解第二定律，我们就按它们的命名顺序而非发现顺序，逐个都来认识一遍吧。
热力学零定律，又称热平衡定律，由英国物理学家拉尔夫·福勒于1939年正式提出，表述为：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。热力学零定律定义了温度，指当外界条件不发生变化时，已经达到热平衡状态的系统，其内部的温度是均匀分布的，并具有确定不变的温度值。同时，热力学零定律也定义了温度的测量方法：一个系统的温度可以通过另一个与之平衡的系统的温度来表示。
热力学第一定律，又称能量守衡定律，在19世纪中叶由德国的迈尔和英国的焦耳等多位科学家分别提出，一般表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。
热力学第二定律，又称熵增定律。德国科学家克劳修斯在1850年表述为：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。克劳修斯的表述说明：热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。克劳修斯为了通过数学的形式表达热力学第二定律的实质，于1865年引入了引入的一个状态函数“熵”，熵是构成体系的全部成分集体表现出来的性质，用符号S表示，其物理意义是体系内分子的离散（无序、混乱）程度。在引入熵的概念后，热力学第二定律表述为：在孤立系统内，任何变化都不能使系统的总熵减小。这种表述意味着，孤立系统内部朝着混乱度增加的方向发展，因此，热力学第二定律又称作熵增定律。
热力学第三定律，由德国科学家能斯特于1912年提出，表述为：热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值；而对于完整晶体，这个定值为零。换种表述方式就是：当温度达到绝对零度时，热力运动停止，因而不可能使一个物体冷却到绝对零度（摄氏温标-273.15度，开氏温标为0度）。
致命的第二定律热力学的四大定律，除第二第律外，均可以被观测或实验的方法进行验证，但第二定律的熵增表述，由于涉及到宇宙未来和人类命运等重大问题，从一提出就引起轩然大波。
首先，熵增定律是一个由观察归纳法推理出来的定律。假设一个水缸内用绝热膜膈开分两个系统，一个系统的水温40度，一个系统水温20度，拿掉膜，让两个系统的水重新构成一个新的孤立系统，那么，在热力学第二定律的作用下，热能在温度高的水分子的携带下，向温度低的水分子移动，最终无序但均匀地分布在新的系统中，使系统处于新的热平衡状态；这是一个自发的、无法重回一边冷一边热的有序状态的不可逆过程。假设一个密闭的箱子内装有100个小球，初始状态是50个白球处于底层，另50个黑球处于上层，然后摇动箱子，白球和黑球在箱中的位置将完全混乱且越来越分布均匀，不管怎么摇，都不可能再次回到初始白下黑上的有序状态。再举一个例子，在一杯水中放入一块糖，糖分子将很快均匀地分散到水中，在没有外部干预的情况下，糖分子永远不会再重新凝结成一块。类似这三个实验的无数自然现象都在说明，有序向无序发展是不可逆的，孤立系统中，熵（无序的程度）不会减少。从统计学上也可以算出，一个系统内有N个分子，就有2^n种的摆列方式，而有序的状态只有一种，所以，当分子数较多时，如果有序是系统的初始状态，那么当无序出现时，在没有外部因素作用下，重回初始的有序状态的概率几乎为零，统计学方法同样也说明，有序向无序发展是不可逆的。
其次，熵增原理是否适用于一切孤立的系统？如果不适用，哪怕只要有一个系统，都可以推翻这一定律，但在已知的自然界，找不到不遵循熵增定律的系统。如果熵增定律是对的，那么它的极限推演就会出现一个必然：把宇宙当作一个孤立的系统，当前的宇宙是处于热不平衡状态的，有的地方如恒星温度达到几万度，绝大部分地方如宇宙尘埃、微波辐射，温度接近绝对零度，那么在热力学第二定律的支配下，高温物质的热能不断向低温物质传递，总有一天会达到热平衡状态，宇宙进入停止热力运动的状态，这就是著名的“热寂说”。
第三，孤立系统的总熵不会减少，但会在热力（或运动）中增加直至系统达到平衡，这意味着热平衡状态是一种无序度最大化的却是稳定的状态。那么，自然界的一切孤立系统，是不是都是向越来越无序的方向发展呢？无序而稳定，反之，有序就不稳定，被称为“一切向坏的方向发展”的熵增原理是否适用于生命和人类呢？如果适用，生态系统或人类社会是否将越来越无序混乱？就如美国学者杰里米·里夫金和特德·霍华德1981年出版的 《熵：一种新的世界观》一书中写道:“我们每天都发觉世界比前一天更加杂乱无章。似乎一切都不再起作用了。世界已经不可收拾，我们总在修修补补，我们的领导人在嘘唏哀叹，在鼓舌辩解。我们每天以为能排难解忧，结果却总事与愿违。当局日复一日救了燃眉之急，然而他们解决问题的方法又带来了比先前要解决的更大的问题 。”[1]
热力学第二定律的“热寂”推导，引起了恩格斯的关注，他在《自然辩证法》札记中的这样一段话:“克劳修斯的第二原理等等，无论以什么形式提出来，都不外乎是说：能消失了，如果不是在量上，那也是在质上消失了。熵不可能用自然的方法消灭，但可以创造出来。宇宙钟必须上紧发条，然后才走动起来，一直达到平衡状态，而要使它从平衡状态再走动起来，那只有奇迹才行。上紧发条时所耗费的能消失了，至少是在质上消 失了，而且只有靠外来的推动才能恢复。因此，外来的推动在一开始就是必需的，因此，宇宙中存在的运动或能的量不是永远一样的，因此，能必定是创造出来的，因而是可以创造的，因而是可以消灭的。归谬法! [2]”恩格斯在这段话中，认为“热寂说”违反了热力学第一定律，因而热力学第二定律的熵增表述是错误的。但现代宇宙学的大爆炸模型却在证明，“热寂”在理论上是会出现的，热能并没有消失，而是耗散。美国物理学家伽莫夫1948年提出的大爆炸理论认为，宇宙从一个炽热的“奇点”开始不断地膨胀，伴随着温度从热到冷、物质密度从密到稀的演化过程，如同一次规模巨大的爆炸；当前的宇宙依然处于热不平衡的降温、膨胀中，如果热能在遵守热力学第一和第二定律的支配下，膨胀持续到将来某一天，宇宙不再有温度梯度了，热平衡的静止状态将出现。
负熵与耗散结构 热力学第二定律的熵增表述，提出时是针对有限、孤立和非生命的系统。但熵增定律有序的不平衡和无序的稳定，是一个非常有意义的矛盾对立统一的哲学命题，因而继续引起科学家对热力学第二定律的探索，尤其是向生命系统和人类社会的推导。突破性的进展，是1944年奥地利物理学家薛定谔在《生命是什么》一书中，引入了“负熵”的概念，用物理学和化来的方法来解释生命。薛定谔认为，“生命赖负熵为生”，“依赖从环境中吸入负熵以维持有机体有序” [3]。“生物体通过吸收自身周围或更大周围系统的能，来维持其高度的有组织状态，进而促使它在自身内部形成较低嫡状态。生命是一个远离平衡的耗散结构，它通过支出更大的宇宙嫡预算维持其局部的组织水平即负嫡。[4]”负熵理论认为，自然界的各种化学元素是无序存在的，熵值较大；而生命是化学元素的有序组织，熵值较小。生命从无序中产生，需要吸收、消耗外部系统的能量来组织化学元素，诞生生命，是一个自组织的熵减过程；要维持生命（有序）状态，也得消耗能。负熵理论认为系统要形成和维持有序的低熵状态，必须从更大的系统中吸收负熵（能量），这种低熵系统，称为耗散结构。吸收能量-降低熵值-获得生命，耗散能量-维持生命-补充能量-获得成长，负熵理论虽然无法回答生命为什么会出现的“第一因”的问题，但搭建起有机生命与无机物质之间联系桥梁。
熵增定律解释了事物向衰败、混乱、寂灭方面发展的必然，而负熵理论解释了事物进化和发展的条件。负熵理论和耗散结构，用热力学原理解释生命的存在、由低级向高级进化的历史，进而用于观察包括人类社会在内的一切耗散系统，完善了热力学的理论体系。如果把地球看成一个耗散系统，由于宇宙的温度是极低的，地球会不断地以长波辐射的方式向宇宙释放热量，如果没有能量补充，地球将很快冰冻死寂，但是，由于地球从更大的系统——太阳系收了太阳的短波光能，补偿了能量的损失，因而地球能够维持一定的温度，同时，因为吸收大于消耗，地球的温度是逐渐升高的，从冰川状态发展到今天。如果把太阳系看成一个耗散系统，虽然太阳系没有从其所在的银河系吸收热能，但由于太阳内部的核聚变不断产生、释放出新的能量，补充了太阳系向宇宙的能量耗散，维持着整个太阳系的温度稳定，如果太阳的核聚变减弱甚至停止，整个太阳系将冷却、寂灭。就如恩格斯在《自然辩证法》中写到的，“一切产生出来的东西，都注定要灭亡……那时日益衰竭的太阳热将不再能融解从两极逼近的冰，那时人们越来越聚集在赤道周围，最终连在那里也不再能够找到足以维持生存的热，那时有机生命的最后痕迹也将渐渐地消失，而地球，一个像月球一样死寂的冰冻的球体，将在深深的黑暗里沿着越来越狭小的轨道围绕着同样死寂的太阳旋转，最后就落到太阳上面。[5]”包括太阳系在内的一切恒星系的热力运动过程，揭示了另一种的耗散系统的维持方式：系统内部自补充。
从负熵理论可以得出，系统的进化是一个减熵的组织化程度提高的过程，组织化程度越高，系统越高级，熵值越小。以生命体的组织密码——基因为例，最低等的病毒，只由遗传物质和蛋白质两部分组成生命体，遗传物质包含的基因数量很少，而细菌、真菌、植物、动物，由细胞、组织、器官、系统构成了生命体，结构越来越复杂，遗传基因的数量也越来越多，因而要“组织”起一个高等生物所需要吸收的负熵也越来越多，消耗的能量也越来越多。生命的组织化程度越高，生物学特性就越稳定，如病毒的变异速度是全部生物中最快的，一般以年为时间单位，如流感病毒；而被子植物和哺乳动物，在自然界历经千年依然稳定。从统计学上也可以解释这种现象，如新型冠状病毒2019-nCoV的基因序列约有3万个碱基对（BP），而老鼠约有30亿个碱基对，当两个物种同样发生300个碱基对变异时，对2019-nCoV是百分之一，足以改变它的许多生物学特性；对老鼠而言，只是千万分之一，影响程度几乎可以忽略不计。再对比草原生态系统和雨林生态系统，草原生态系统温度低、降雨量小，系统内植物（生产者）一年中能够将太阳能转化为维持系统熵值的生物能的量少，因此，生物多样性贫瘠、生态链单一且短，生态系统脆弱容易被破坏；而雨林生态系统温度高、降雨量大，系统内植物（生产者）一年中能将太阳能转化为维持系统熵值的生物能多，因此，生物多样性丰富、生态链复杂且长，生态系统稳定。
回过头来看热力学第二定律的第一种表述：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化，很容易就能发现，负熵理论是遵循热力学第二定律的：不可能把熵值高的系统转化为熵值低的系统而不引起其他变化（或不付出代价）。
社会运动的热力学原理如果把人类社会看成一个系统，情况就变得更加有意思。首先，人的生物学特性决定着系统是一个耗散结构，同时，人类社会的组织性，强化了系统的耗散功能。其次，人类社会维持组织化的耗散结构的能量（物质、财富）来源于两个不同的方向，一是系统外部环境，如从农业、自然界中取得物质，另一方面是人类自身的劳动创造。这种情况类似地球从太阳吸收热能进行外补充，又能进行着核聚变发热进行自补充，这是人类区别于其他动物的最根本原因。
从热力学角度来解释人类社会的发展史，是行得通的。原始社会采集、狩猎自然界的食物维持生活；后来的阶级社会，一方面组织生产创造物质财富，另一方面组织集团掠夺他人的生产。尽管各个国家、地区的发展是不平衡的，但人类社会作为一个整体而言，发展的方向是明晰的——创造出越来越多的物质财富，推动了社会向更高级的组织形式发展，而这个新的组织形式，更有利于创造更多的物质财富。马克思主义认为，共产主义社会是人类社会的最高组织形式，实现共产主义的必要条件是物质的极大丰富和人的高度自觉，这是符合热力学原理的：以极大的物质财富来维持高度组织的社会耗散。
所以，一个国家、地区、集团、企业、个人的组织状态能否继续存在和发展，关键看它获得的物质财富能否维持耗散，当然也包括对外掠夺、贸易服务的增值、文化交流。当新增的物质财富不足时，就会消耗积累的财富，当总财富不足以维持耗散时，组织化程度无法维持，只能降级、直至重新组织成适合的模式。反之，当新增的物质财富超过耗散时，组织就会持续地进步。现代管理学之父、美国学者德鲁克提出，“管理就是对抗熵增”。任正非一真认为，只要华为存在一天，都必须得对抗熵增。华为大学2019年编辑出版了一本书《熵减：华为活力之源》，系统介绍了华为的熵减之路。“企业要想长期保持活力，就要建立耗散结构，对内激发活力，对外开放，与外部交换物质和能量，不断提升企业发展势能，不断拓展业务发展的作战空间。[6]”华为的管理认为，耗散有利于形成热量梯度，在热力学第一定律的作用下，这些被主动、定向耗散的能量会形成系统需要的势能——良好的发展态势；同时，耗散是必然，如果不主动引导物质和能量向有利的方向、而是自发式无目的地无功耗散，组织就迅速衰落。因此，华为几乎把全部的利润都用于研发和提高员工待遇，保持公司的技术优势，激励员工奋斗的积极性。
显而易见，从热力学维系低熵条件的角度，一个良好的社会组织必须具备以下四个条件：
第一，这是一个自组织的系统。组织其实就是一种秩序、规则，社会总生产的效率来自组织，组织也是一种生产力。但熵增原理又让任何一个组织都有耗散的压力，因此，各种社会组织都试图通过惩罚、激励的方式来引导成员遵守秩序、维护组织，提高集团的物质财富创造能力。当成员的秩序文化淡薄时，组织成本就高，反之则低；当组织的制度体系更有利于对抗耗散时，组织成本就低，反之则高。
第二，这是一个开放的系统。开放的系统可以通过与外界的物质交换和文化学习，甚至掠夺，增加系统的物质财富，吸收先进文化提升系统的组织水平，因而更具有生命力。启动于上世纪80年代的经济全球化，之所以促进了全球各国的发展，其核心密钥就在于促进国家、企业之间的开放、交易、交融，共同进步。历史经验表明，世界上没有哪个国家、地区、企业，能够在建墙锁门的封闭状态中，获得持续的发展。
第三，这是一个多热源的系统。前文提到，基因的丰富度决定着生物的稳定性；也提到，太阳的寿命决定着太阳系的命运。这两个例子都在说明，社会组织内部结构和内部热源点的丰富度，对一个组织的稳定和发展，是十分必要。一座城市的照明系统，如果只有一盏高亮度的灯，是危险的；如果有万盏小亮度的灯但却是串联的，由一个电源供电，也危险的；如果万盏小亮度灯之间是并联的，由万个电源供电，则是安全的。一家企业单项产品占据绝大多数营业额时，是危险的，所以，华为从电信设备、智能手机、芯片设计、智能电视，不断扩展业务，配置业务比例。
第四，这是一个远离平衡的系统。平衡意味着熵值量大，意味着能量流动停止，系统内的分子茫无方向地存在，系统处于无序的静态。不平衡代表着活力，社会的平等公正，指的仅是机会的平等公正，而不是结果的平均一致。只有不平衡出现了，系统内的分子（包括人）就会流动起来，朝着熵值高的方向辐射，促其减熵。就如经济活动中，资源总是朝着收益率高的领域配置，创造价值（能量），最终使该领域的收益率降低下来，然后又继续向新的高点冲刺；资本会主动选择组织能力、创新能力强的企业进行风险投资，以期在企业的成长中获取利益，因为这样的企业具备持续熵减的潜力。所以，制造符合价值取得的不平衡，开放系统制造内外不平衡，促进价值创造和价值流动，是一个系统组织功能的重要使命。
[1]陆夏莲.熵定律的世界观——《熵 一种新的世界观》 读后感.中山大学学报（自然科学版）.2004（6）增刊.
[2]封继康. 唯物辩证法是正确认识热力学第二定律的唯一指导思想.吉林大学学报（自然科学版）.1976（04）
[3]向义和.薛定谔对基因性质的物理学分析及其思想影响.物理.2002.11
[4]葛松林.为薛定谔辩护的三封信.世界科学.1988（07）
[5]刘建军.太阳系的未来：恩格斯与科学幻想.北京日报.2019年2月18日第012版.
[6]《熵减：华为活力之源》.华为大学.中信出版社.2019.08
