生命与熵

 熵是一个古老而又年轻的概念,说它古老,是因为早在100多年前(1854年)就已有人提到了它;说它年轻,是因为它有极强的生命力,正日益广泛地渗透到了许许多多的科技领域及日常生活之中。本文不拟介绍熵在各个领域中的应用,而只想就熵对生命科学中某些方面的影响作些初浅的说明。按照热力学的观点,生命是个开放系统。根据开放系统的热力学理论可以算出,其熵变ΔS=ΔQT-μjΔeNjT-μjΔiNjT(1)式中,ΔQ代表生命系统与外界环境交换的总热量,ΔeNj代表生命系统与外界所交换的第j种组元物质的摩尔数.     

高分辨率熵相容格式及其在激波流动中的应用

为解决熵守恒格式在激波附近出现数值振荡的问题,本文将熵相容格式与MUSCL格式相结合,提出一种既能适合于激波问题、又不依赖于传统人工黏性经验模型的高分辨率熵相容格式,通过对多个激波问题的数值计算,并对比二阶中心格式、熵守恒格式、熵相容格式和高分辨率熵相容格式的计算结果,发现:熵相容格式具有较好的激波捕捉能力,有效解决了熵守恒格式在激波附近的数值振荡问题;MUSCL重构格式进一步提高了熵相容格式的数值模拟能力,既能精确捕捉激波附近的流动细节,又在光滑区保持二阶精度;在对比的四种格式中,本文提出的高分辨率熵相容格式对激波问题的预测性能最佳。该项工作对发展激波湍流相互作用模型、提高跨/超音速叶轮机械流动预测精度具有理论价值和应用潜力。     

熵产生在测量系统的应用

本文利用不可逆热力学的熵理论，分别对发电式和参量式变换器测量系统进行了信息流动分析，并给出了信息传递的匹配条件。     

生命、生态环境与熵--热力学在生命与生态环境中的若干问题

以熵的观点，分析了生命的热力学基础和地球生态系统的辐射收支和负熵流，并用热力学解释地球的温室效应，提出海藻繁殖模型，呼吁我们努力克服社会经济系统中不可避免的熵的增加。     

广义熵在现代农业研究中的应用

介绍了熵概念的发展、广义熵的建立方法以及广义熵在农业研究中的应用。     

熵理论在现代经济学中的应用

回顾了经济学中源远流长的物理学情节,描述了熵理论在现代经济学中的应用,并从发展的观点提出建立熵经济学的设想.     

浅谈熵理论在班主任工作中的应用

尝试用熵的概念和原理从一个新的角度对班主任工作进行初步探究.     

最大熵原理在概率分布预测中的应用

文章在信息熵的理论基础上,给出了求解最大熵问题的一般表述。应用最大熵原理,在信息缺失的条件下可以最大效率地实现对全局进行判断和决策。以打靶运动中运动员不同环数的分布概率为例,将最大熵问题归结为数学模型中常见的优化类线性规划问题,利用Lingo软件求解。首先分析了高分环数对运动员提高成绩的限制。然后给出了不同平均环数下最大熵值的变化,探究了不同最大熵值下概率的均匀性与对称性规律。从简单的模型出发得出最大熵值越大表明概率分布越均匀,以及熵值可以体现系统概率分布上的一致性的结论。     

量子纠缠和贝尔不等式及其在量子信息处理中的应用

1964年,爱尔兰数学家约翰·贝尔(John Bell)根据隐变量理论推导出了2个粒子系统的测量结果应该满足的不等式关系和所涉及的测量基本逻辑.法国科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、美国科学家约翰·克劳泽(John Clauser)和奥地利科学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)分别从实验上证伪了该不等式.贝尔不等式的证伪宣告了隐变量理论的终结,展示了量子纠缠的奇特性质.为表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献,瑞典皇家科学院将2022年诺贝尔物理学奖授予这3位科学家.本文概述了量子纠缠的概念和贝尔不等式的推导,介绍了2022年诺贝尔物理学奖获得者的代表性研究工作,并展示了量子技术的可能应用.     

熵产生率公式及其应用

导出了6N维和6维相空间的熵产生率，即熵增加定律的一个统计公式：P=kD(Δ_{qθ)²，即熵产生率P等于扩散系数D、离开平衡率θ的空间梯度平方的平均值与Boltzm ann常数k 三者之乘积.指明非平衡系统的宏观熵产生是由其微观状态数密度在空间随机地不均匀离开 平衡引起的.作为公式的应用,研究了气体自由膨胀、布朗运动及固体变形和断裂三个非平衡 态课题，给出了它们的熵产生及其一次和二次时间变化率，得到了不可逆过程的系统内对应 的微观结构变化是不均匀的推论.进而导 关键词： 熵产生率 微观状态数密度 离开平衡率 随机扩散}     

最小熵产生定理及其应用

扼要介绍最小熵产生定理，并用它分析一维导热系统定态的稳定性及串、并联电路定态时电阻上电压与电流的分配。     

熵、麦克斯韦妖与生命

熵的概念来自物理学研究，但是它的应用早已超过物理学的范畴，对许多自然科学领域产生了重要的影响，本文研究生命现象中的熵，期望对丰富熵的内涵从而理解生命过程能有所裨益。     

介电泳在生命探测器中的应用

<正>生命探测仪是用于地震、建筑物倒塌等灾害现场搜索幸存被困人员的一种侦察仪器,在5·12汶川地震和青海玉树地震救援中,消防官兵正是使用     

稳态强磁场在生命科学研究中的应用

强磁场是现代科学实验最重要的极端条件之一,可以将磁场效应放大,从而观测到弱磁场下无法产生或难以观测到的现象,对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要作用。     

相干与信息守恒及其在Mach-Zehnder干涉中的应用

自量子力学诞生以来,相干性和互补性一直是被广泛而深入研究的两个重要课题.随着量子信息近年来的发展,人们引入了若干度量来定量地刻画相干性和互补性.本文建立两个信息守恒关系式,分别基于"Bures距离-保真度"和"对称-非对称",并且利用它们来刻画相干性和互补性.具体来说,首先从信息守恒的观点解释Bures距离和保真度的互补关系,并由此自然推导出Mach-Zehnder干涉仪中的Englert"干涉-路径"互补关系.其次在量子态和信道相互作用的一般框架中讨论"对称-非对称"信息守恒关系,并揭示其与Bohr互补性和量子相干性的内在联系.最后,在Mach-Zehnder干涉仪中探讨相干、退相干及互补性,刻画两个信息守恒关系之间的密切联系.     

近场热光伏和热辐射电池系统中熵的应用

近场辐射换热能够极大地提高热光伏和热辐射电池系统的输出电功率,因此研究近场热光伏和热辐射电池系统的转换效率具有重要意义。本文通过计算近场效应影响下的辐射热流和熵流,给出了近场热光伏和热辐射电池系统的最大理论转换效率,并与实际转换效率对比。结果发现在近场热光伏和热辐射电池系统中,纳米线、纳米孔两种微结构和双曲线材料相比平板和电介质,不仅有更强的辐射热流,而且有更高的理论效率。但是在实际过程中,由于近场热光伏和热辐射电池系统中光谱辐射热流的峰值频率小于电池能带间隙所对应的频率,所以其实际效率低于最大理论效率。本工作为近场热光伏和热辐射电池系统的转换效率提供了一个理论极限。     

作为Fermi—Bose体系的生命系统的熵的演化

假定生命系统由类费米单元和类玻色单元构成，应用量子力学和热力学的方法计算系统的熵，并由熵的变化讨论系统的演化。说明生命体系除有形物质外，应本质地包含类似于原子中的电磁场那样的具有Ｂｏｓｅ子性质的非定域成份。     

利用传递熵对Lorenz系统和Walker环流信息传输方向的分析

基于传递熵方法, 分析Lorenz系统x, y, z三个分量之间的信息传输方向, 并应用温差与垂直速度的再分析资料对Walker环流进行分析. 研究结果表明: 1) 对于Lorenz系统而言, x与y分量之间, y是信息源, x是信息汇; y与z之间, y是信息源, z是信息汇; x与z分量之间的信息传递方向依赖于控制参数r; 且净信息传输的方向不随初值不同而改变; 2)在西太平洋地区, 温差对垂直速度的净信息输送占主导地位, 而赤道东太平洋地区则为垂直速度对温差的净信息输送占主导地位, 这与Walker环流物理机制是一致的, 且海陆热力差异对温差与垂直速度之间的信息输送影响较大; 3)冬季是温差与垂直速度之间的信息输送最强季节, 夏季和秋季次之, 春季最弱, 这可能是存在春季预报障碍的原因之一. 以上结果表明, 传递熵在气象领域有广阔的应用前景, 是测量动力学系统信息传递方向的一种有效方法和工具. 关键词： 传递熵 信息传输 Lorenz系统 Walker环流