2熵:一种新的世界观(节选)90 ●课文说明 、背景知识 1865年,德国物理学家克劳修斯首次将熵这个概念引入热 力学,用来阐明热力学第二定律。1877年,奧地利物理学家玻 耳兹曼提出了玻耳兹曼关系式,建立了熵与系统微观性质的联 系,赋予了熵统计学的意义。1929年,匈牙利物理学家西拉德 又阐述了熵与信息的关系,揭示了熵的新的意义。在热力学中, 熵是测定不能再用来做功的能量的量;在统计物理学中,熵是 衡量微观系统无序程度的量;在信息论中,熵成为信息不确定 度的量。如今,不仅在科技领域,而且在社会科学甚至人文科 学领域,都随处可见到熵这一概念。1959年,英国当代著名作 家斯诺在剑桥大学作了一次讲演,题目是“两种文化及再谈两 种文化”,指出人文科学和自然科学的对立造成的文化分裂 致使人文学者和科学家再也无法就同一重大社会问题共同进 行认真研讨。他认为,一个作家对热力学第二定律毫无所知, 就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。 美国当代著名社会学家里夫金和霍华德1981年出版了 《熵:一种新的世界观》,从热力学第二定律出发,对熵这 物理概念作了哲学阐释,论述了政治、经济、教育、宗教等诸 多领域的许多重大问题,在西方学术界引起震动 《熵:一种新的世界观》一书,特别对科学技术的迅速发 展所带来的负面影响作了深刻的分析,指出科学技术在创造财 富的同时,也给人类制造出许多垃圾。这种对科学文化的批判, 是有其学术背景的。 现代科学不过仅有几百年的历史,然而它却从根本上改变 了我们这个世界。科学技术解放了人类的体力甚至脑力,提高
g6 2 熵：一种新的世界观（节选）90 ●课文说明 一、背景知识 1865 年，德国物理学家克劳修斯首次将熵这个概念引入热 力学，用来阐明热力学第二定律。1877 年，奥地利物理学家玻 耳兹曼提出了玻耳兹曼关系式，建立了熵与系统微观性质的联 系，赋予了熵统计学的意义。1929 年，匈牙利物理学家西拉德 又阐述了熵与信息的关系，揭示了熵的新的意义。在热力学中， 熵是测定不能再用来做功的能量的量；在统计物理学中，熵是 衡量微观系统无序程度的量；在信息论中，熵成为信息不确定 度的量。如今，不仅在科技领域，而且在社会科学甚至人文科 学领域，都随处可见到熵这一概念。1959 年，英国当代著名作 家斯诺在剑桥大学作了一次讲演，题目是“两种文化及再谈两 种文化”，指出人文科学和自然科学的对立造成的文化分裂， 致使人文学者和科学家再也无法就同一重大社会问题共同进 行认真研讨。他认为，一个作家对热力学第二定律毫无所知， 就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。 美国当代著名社会学家里夫金和霍华德 1981 年出版了 《熵：一种新的世界观》，从热力学第二定律出发，对熵这一 物理概念作了哲学阐释，论述了政治、经济、教育、宗教等诸 多领域的许多重大问题，在西方学术界引起震动。 《熵：一种新的世界观》一书，特别对科学技术的迅速发 展所带来的负面影响作了深刻的分析，指出科学技术在创造财 富的同时，也给人类制造出许多垃圾。这种对科学文化的批判， 是有其学术背景的。 现代科学不过仅有几百年的历史，然而它却从根本上改变 了我们这个世界。科学技术解放了人类的体力甚至脑力，提高
了我们的生活品质。科学意味着福音,我们无时不在享受科学 技术的发展所创造的现代文明。英国历史学家汤因比说,科学 已取代了传统的宗教,成为现代人的新宗教。然而,科学作为 种文化,也并非完美无缺。它在传播福音的同时,也不自觉 地扮演着魔鬼。对技术进步的乐观,对物质增长的贪求,使人 类陷入种种困境,如环境污染、能源危机、战争威胁等。1972 年,西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困 境的研究报告,名为“增长的极限”,第一次系统地论述了科 技发展、生产力提高以及经济增长和自然资源、生态环境的关 系,提出了“增长的极限”的理论,指出人口和经济的增长, 必然耗尽世界上不可再生的自然资源,同时污染环境,威胁人 类生存。罗马俱乐部的报告,向世人敲响了警钟,对近代西方 文化中经济无限增长的癖好作了批判。《熵:一种新的世界观》 就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。它所讨论的社会问 题,比《增长的极限》要广泛、深入得多。 、内容理解 课文节选自《熵:一种新的世界观》的第二章第一节,主 要解释了“熵的定律”的物理学意义,进而强调了有效能源的 不可再生性,对能源危机表示深深的忧虑。 第一段开头,作者先引用南非文化人类学家麦克斯·格拉 克曼的话,来说明热力学第一定律和第二定律经过科学家的 “呕心沥血”和“绞尽脑汁”,已成为“物理学基础教程”的 内容;然后举了几个“地球上各民族文化的民谚”,说明热力 学两个定律的原理即使在生活中也能体味得到。经过这样的铺 垫,似乎“深不可测”的热力学概念变得可以亲近,作者才在 第二段中将热力学的两个定律用一句话概括出来,即“宇宙的 能量总和是个常数,总的熵是不断增加的”,至此引出了“熵” 这一概念。 接下来,作者并没有急于解释“熵”的涵义,而是把上面 的概括分解,作通俗的阐释。首先指出热力学第一定律的实质 就是能量的守恒和转化,但又强调能量“既不能被创造又不能 被消灭”,为下面说明热力学第二定律埋下伏笔。在说明能量
g6 了我们的生活品质。科学意味着福音，我们无时不在享受科学 技术的发展所创造的现代文明。英国历史学家汤因比说，科学 已取代了传统的宗教，成为现代人的新宗教。然而，科学作为 一种文化，也并非完美无缺。它在传播福音的同时，也不自觉 地扮演着魔鬼。对技术进步的乐观，对物质增长的贪求，使人 类陷入种种困境，如环境污染、能源危机、战争威胁等。1972 年，西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困 境的研究报告，名为“增长的极限”，第一次系统地论述了科 技发展、生产力提高以及经济增长和自然资源、生态环境的关 系，提出了“增长的极限”的理论，指出人口和经济的增长， 必然耗尽世界上不可再生的自然资源，同时污染环境，威胁人 类生存。罗马俱乐部的报告，向世人敲响了警钟，对近代西方 文化中经济无限增长的癖好作了批判。《熵：一种新的世界观》 就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。它所讨论的社会问 题，比《增长的极限》要广泛、深入得多。 二、内容理解 课文节选自《熵：一种新的世界观》的第二章第一节，主 要解释了“熵的定律”的物理学意义，进而强调了有效能源的 不可再生性，对能源危机表示深深的忧虑。 第一段开头，作者先引用南非文化人类学家麦克斯·格拉 克曼的话，来说明热力学第一定律和第二定律经过科学家的 “呕心沥血”和“绞尽脑汁”，已成为“物理学基础教程”的 内容；然后举了几个“地球上各民族文化的民谚”，说明热力 学两个定律的原理即使在生活中也能体味得到。经过这样的铺 垫，似乎“深不可测”的热力学概念变得可以亲近，作者才在 第二段中将热力学的两个定律用一句话概括出来，即“宇宙的 能量总和是个常数，总的熵是不断增加的”，至此引出了“熵” 这一概念。 接下来，作者并没有急于解释“熵”的涵义，而是把上面 的概括分解，作通俗的阐释。首先指出热力学第一定律的实质 就是能量的守恒和转化，但又强调能量“既不能被创造又不能 被消灭”，为下面说明热力学第二定律埋下伏笔。在说明能量
从一种形式转化成为另一种形式”时,举的例子都贴近生活 髙楼拔地而起又夷为平地,青草生成而又“不复生长”。最后 又用《圣经》中的话“太阳底下没有新鲜的东西”,形象生动 地说明能量“既不能被创造又不能被消灭”,由此过渡到对热 力学第二定律的阐释 能量虽然不能被消灭,但它在转化中却能耗散,从“‘有 效的’或‘自由的’能量”变成“‘无效的’或‘封闭的’能 量”,我们会因此“得到一定的惩罚”,这个惩罚就是熵的增 加。因为“熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位”。 给出了熵的通俗定义(是用语言而不是用公式表达的)以 后,作者又进一步阐述熵的涵义。能量的耗散意味着熵的增加, “熵的增加就意味着有效能量的减少”,有效能量的减少就意 味着“污染”的加剧,所以“污染就是熵的同义词”。克劳修 斯已经意识到,“能量水准的差异总是趋向于零”,冷却了的 铁钳与平静的水面都不能再做功了。能量如果处于平均状态, 熵值就达到了最大状态 议题由能量的耗散,自然过渡到有关“能源危机”的探讨。 地球上的可再生能源,满足不了人类的需求,于是不可再生能 源飞速耗尽。而太阳能也“每秒钟都在递减”,对它的利用更 十分有限。在能源问题上,不允许有半点乐观态度,因为“每 当你点燃一支香烟的时候,世界上的有效能量就减少了一点 儿”。热力学第二定律是冷酷无情的,“物质虽然可以循环再 生,但必须以一定的衰变为代价”。“工业回收”不可能做到 100%,何况回收加工又要消耗新的能量,使熵继续增加。从理 论上讲,当宇宙中的有效能量告罄时,便达到了一种热平衡状 态,即“热寂”。那时,将不会有任何可以做功的能量,更不 会有生命。把眼光收回一点,即使在太阳的有生之年,经过几 十亿年,太阳或许能把地球上耗散的能量又重新聚集起来,但 人类也等不到那个时候就灭亡了 三、论证方法 1.引用论证
g6 “从一种形式转化成为另一种形式”时，举的例子都贴近生活： 高楼拔地而起又夷为平地，青草生成而又“不复生长”。最后 又用《圣经》中的话“太阳底下没有新鲜的东西”，形象生动 地说明能量“既不能被创造又不能被消灭”，由此过渡到对热 力学第二定律的阐释。 能量虽然不能被消灭，但它在转化中却能耗散，从“‘有 效的’或‘自由的’能量”变成“‘无效的’或‘封闭的’能 量”，我们会因此“得到一定的惩罚”，这个惩罚就是熵的增 加。因为“熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位”。 给出了熵的通俗定义（是用语言而不是用公式表达的）以 后，作者又进一步阐述熵的涵义。能量的耗散意味着熵的增加， “熵的增加就意味着有效能量的减少”，有效能量的减少就意 味着“污染”的加剧，所以“污染就是熵的同义词”。克劳修 斯已经意识到，“能量水准的差异总是趋向于零”，冷却了的 铁钳与平静的水面都不能再做功了。能量如果处于平均状态， 熵值就达到了最大状态。 议题由能量的耗散，自然过渡到有关“能源危机”的探讨。 地球上的可再生能源，满足不了人类的需求，于是不可再生能 源飞速耗尽。而太阳能也“每秒钟都在递减”，对它的利用更 十分有限。在能源问题上，不允许有半点乐观态度，因为“每 当你点燃一支香烟的时候，世界上的有效能量就减少了一点 儿”。热力学第二定律是冷酷无情的，“物质虽然可以循环再 生，但必须以一定的衰变为代价”。“工业回收”不可能做到 100%，何况回收加工又要消耗新的能量，使熵继续增加。从理 论上讲，当宇宙中的有效能量告罄时，便达到了一种热平衡状 态，即“热寂”。那时，将不会有任何可以做功的能量，更不 会有生命。把眼光收回一点，即使在太阳的有生之年，经过几 十亿年，太阳或许能把地球上耗散的能量又重新聚集起来，但 人类也等不到那个时候就灭亡了。 三、论证方法 1．引用论证
课文节选部分的引用论证有两种,一是引用权威人士的话 以增强说服力。如引用格拉克曼的话,阐述热力学第二定律由 科学的尖端问题成为基础教育的内容;引用经济学家赫尔 曼·戴利的话,论述地球上的能源危机。二是引用一些民间谚 语,来增强读者对科学原理的理解(见课文第一段)。 2.概括论证 概括可以抓住事物的本质,具有简明扼要的特点。如将热 力学的两个定律概括为一句话,将熵定义为“不能再被转化做 功的能量的总和的测定单位”,就抓住了事物的本质,言简意 3.分析论证 本文用得最多的是分析论证方法。在概述一个科学道理或 提出一个观点后,作者往往将问题分解开,逐一进行论证。在 论证过程中,还举一些生活中常见的事例说明事理,使文章通 俗易懂。 ●解题指导 设计此题,是为了让学生从“民谚”中体会热力学第 二定律的涵义,增强一些感性认识。 1.“你不可能不劳而获”意为:任何收获总是要消耗 定能量的,没有赋出就不会有收获。而被消耗的能量,就不能 再用来做功了。高楼夷为平地后,不可能自己再拔地而起;水 从水坝上流到坝底,不可能自己再返回坝上。要想重新做功 就要消耗新的能量,所以“熵”总是持续增加的。 2.“覆水难收”意为:事物处于凝聚状态,就有了势能 旦分散开来,就再也不能自动回到凝聚状态。餐具在使用中, 由于磨损,金属分子不断离开餐具,最终“零零星星地散失在 土地里”。虽然它们依然存在,但已不能作为成块的金属被有 效地使用了
g6 课文节选部分的引用论证有两种，一是引用权威人士的话 以增强说服力。如引用格拉克曼的话，阐述热力学第二定律由 科学的尖端问题成为基础教育的内容；引用经济学家赫尔 曼·戴利的话，论述地球上的能源危机。二是引用一些民间谚 语，来增强读者对科学原理的理解（见课文第一段）。 2．概括论证 概括可以抓住事物的本质，具有简明扼要的特点。如将热 力学的两个定律概括为一句话，将熵定义为“不能再被转化做 功的能量的总和的测定单位”，就抓住了事物的本质，言简意 赅。 3．分析论证 本文用得最多的是分析论证方法。在概述一个科学道理或 提出一个观点后，作者往往将问题分解开，逐一进行论证。在 论证过程中，还举一些生活中常见的事例说明事理，使文章通 俗易懂。 ●解题指导 一、设计此题，是为了让学生从“民谚”中体会热力学第 二定律的涵义，增强一些感性认识。 1．“你不可能不劳而获”意为：任何收获总是要消耗一 定能量的，没有赋出就不会有收获。而被消耗的能量，就不能 再用来做功了。高楼夷为平地后，不可能自己再拔地而起；水 从水坝上流到坝底，不可能自己再返回坝上。要想重新做功， 就要消耗新的能量，所以“熵”总是持续增加的。 2．“覆水难收”意为：事物处于凝聚状态，就有了势能； 一旦分散开来，就再也不能自动回到凝聚状态。餐具在使用中， 由于磨损，金属分子不断离开餐具，最终“零零星星地散失在 土地里”。虽然它们依然存在，但已不能作为成块的金属被有 效地使用了
3.“天网恢恢,疏而不漏”是《老子》第七十三章中的 话,原意为天道像一张大网,广阔无边,稀疏却不会有一点漏 失。后来常用来比喻国家的法网虽宽,却不会漏掉一个坏人。 在本文中,这句话意为:自然界虽然广大无边,但也从不疏漏 用课文中的原话来说,就是“每当能量从一种状态转化到另 种状态时,我们会‘得到一定的惩罚’。这个惩罚就是我们损 失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。 设计此题,是为了让学生抓住作者论述的重点,理解 作者所阐发的道理。本文在论述中,列举的燃烧的例子有: 1.“比如我们烧掉一块煤”,说明煤的能量虽然没有消失, 但它却不能再用来做功了。2 把烧红了的火钳从火中取 出……开始冷却”,说明“热量总是从温度较高的物体流向温 度较低的物体”,当温度平均后,就达到了“没有任何能量级 别差异的状态”,即“能量平均状态”,不能再做功了,这时 熵值达到最大的状态”。3.“每当你点燃一支香烟的时候, 世界上的有效能量就减少了一点儿”,这里形象地说明了能量 耗散的不可逆性。点燃一支香烟虽然微不足道,但世界上的有 效能量就会因此减少一点儿,真是“天网恢恢,疏而不漏 三、设计此题,是为了让学生注意本文概括与分析相结合 的论证方法。例如,第六段开头一句“熵是不能再被转化做功 的能量的总和的测定单位”就是概述,是论述的要点;然后介 绍克劳修斯的发现,说明能量的转化和消耗必然使熵增加。第 七段开头“熵的增加就意味着有效能量的减少”也是概述,是 论述的要点;然后举“污染”为例,指出“污染就是熵的同义 四设计此题,是为了考查学生综合运用学过的知识论述某 问题的能力。对人类消耗世界上有效能源的规律,《熵: 种新的世界观》中谈到了西方从中世纪到工业时代直至现代社 会,由于生产力的发展,生活需求的增长,对木材——煤炭- 石油—原子能的开发和利用。参见“有关资料”部分 ●教学建议
g6 3．“天网恢恢，疏而不漏”是《老子》第七十三章中的 话，原意为天道像一张大网，广阔无边，稀疏却不会有一点漏 失。后来常用来比喻国家的法网虽宽，却不会漏掉一个坏人。 在本文中，这句话意为：自然界虽然广大无边，但也从不疏漏。 用课文中的原话来说，就是“每当能量从一种状态转化到另一 种状态时，我们会‘得到一定的惩罚’。这个惩罚就是我们损 失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。” 二、设计此题，是为了让学生抓住作者论述的重点，理解 作者所阐发的道理。本文在论述中，列举的燃烧的例子有： 1．“比如我们烧掉一块煤”，说明煤的能量虽然没有消失， 但它却不能再用来做功了。2．“一把烧红了的火钳从火中取 出……开始冷却”，说明“热量总是从温度较高的物体流向温 度较低的物体”，当温度平均后，就达到了“没有任何能量级 别差异的状态”，即“能量平均状态”，不能再做功了，这时 “熵值达到最大的状态”。3．“每当你点燃一支香烟的时候， 世界上的有效能量就减少了一点儿”，这里形象地说明了能量 耗散的不可逆性。点燃一支香烟虽然微不足道，但世界上的有 效能量就会因此减少一点儿，真是“天网恢恢，疏而不漏”。 三、设计此题，是为了让学生注意本文概括与分析相结合 的论证方法。例如，第六段开头一句“熵是不能再被转化做功 的能量的总和的测定单位”就是概述，是论述的要点；然后介 绍克劳修斯的发现，说明能量的转化和消耗必然使熵增加。第 七段开头“熵的增加就意味着有效能量的减少”也是概述，是 论述的要点；然后举“污染”为例，指出“污染就是熵的同义 词”。 四设计此题，是为了考查学生综合运用学过的知识论述某 一问题的能力。对人类消耗世界上有效能源的规律，《熵：一 种新的世界观》中谈到了西方从中世纪到工业时代直至现代社 会，由于生产力的发展，生活需求的增长，对木材──煤炭─ ─石油──原子能的开发和利用。参见“有关资料”部分。 ●教学建议