熵–不是个东西(1)

> 物理里的信息怎么讲?
 
就这两句话,被嚎误读、编码、压缩、加密、解压,解码后,变成了大和尚要开讲信息熵。
害我,在虫面前谈信息熵,不是班门弄斧吗?

熵这个东西被各路人马争相误读,逮着哪儿都贴一付膏药。虫的问题是非常准确。要弄清熵,要从物理上着手。而物理这种传统课,动不动就三学分,折腾人一学期。

话说很多年以前,一帮人闲得无聊。热力学里,可观测的直观的宏观量无非就是热量,压力,体积、温度。玩来玩去,实际的玩差不多了。蒸气机内燃机什么的都转起来了,人们就开始玩虚的,进行理想实验。把这些变量加减乘除、排列组合,只要单位合适,别苹果加桔子就行了。结果出了造出很多参数,除了熵S之外,还有自由能F,吉布斯能G、焓H、exergy等等。这些参数,只有熵和焓在热工上有点用。

又过了十来年,统计物理横行,哥儿几个推导一算,乖乖隆里东,不得了,这熵跟系统的所有状态数是亲戚,而且是相当的直系。log(所有状态数)

回扣一下问题,物理里的信息可以说就是状态。假设绝对零度(当然这是不可能的),基态,万籁俱寂,系统里的所有东西只有一个状态,这时熵是零log(1)。
随着条件的变化,系统里的状态越来越多,信息量就越来越大。以至无法收拾,只能用代表统计特性的宏观量描述,例如温度。

由于它的统计解释的直观性,后来人们把熵推广至很多行业,用熵代表系统的混乱程度。

回到八卦行业,在信息源,只有一个状态,传来传去,或添油加醋,或去重择轻,几度相关之后,信息量激增,任其自由传播,说法(状态)只能越来越多,以至无法收拾,只能用“演义”来描述了。

关于信息熵,这又是一个理想实验,假如一群猴子相互交流只有一个音节“阿”,那不管怎么怎么传递,这个信息是不会变的,因为只有一个状态,熵永远为零。而另一群猴子有两音节“阿唷”,则“阿唷”有可能变成“唷阿”“阿阿” “唷唷”。所有状态为4,熵是log(4)。猴子交流的方式越多,这熵就越大。如果一群猴子没有任何交流(包括动作,气味,。。。。),零信息,这群猴子的信息熵是负无穷log(0)。这是物理熵没有对应的,但是没有信息,谈信息熵还有意义吗?后面会谈到,是有的。Shannon的定义跟我的略有不同,但本质是一致的,我的理想实验更直观。

上面这些现象有一个条件就是这是一个自由的状态,没有约束,没有干涉,没有交流,物理上就是一个孤立体系,没有能量的交换。

如果有能量输入,有约束和干涉,那么这个混乱程度是可以减小的。如八卦的行业,杀人灭口,舆论控制,保密制度等等,可以使很多信息的形态还保持在信息源的状态,或者是使之干脆消失(例如江青的回忆录),实现零状态,就是捅出一个无穷大的负熵。

在数学上,负无穷和正无穷是一回事。无穷大的负熵窟窿实际上也是无穷大的正熵。混乱程度无穷高的信息跟没有信息是一样的。江青的回忆录的消失,等同于传出来无穷多的乱信息,随你怎么编,怎么想象。

在信息上,有一支魔手,就是时间,会不断地消灭掉信息,捅出一个个无穷大的负熵窟窿,给人以无穷大的正熵的想象空间驰骋。这就是我说的浪漫主义优于现实主义的道理。例如,周朝某年,资治通鉴就一句话,“赵伐魏”。编赵国魏国的事情受局限了,而齐国鲁国当时干什么就随我们浪漫地编了,你说外星人在齐国横行霸道强奸民女都没有关系。

反过来看,在自由情况下,无约束和干涉的情况下,信息是怎么消失的?这也是一个背反律。信息是因为信息太多了而消失的(记得早年上政治经济学,资本主义篇,说资本主义经济危机,工人家没钱买煤,因为煤太多了,一个意思)。当信息太多,混乱度增加,信息熵成为无穷大,无穷多状态,无穷多得说法,那就跟负无穷大(没有信息)是一样的。周朝某年,“赵伐魏”,信息少,值得记。而齐国鲁国吃喝玩乐,花花世界,事情多多,版本多多,罢了,不记也罢。

熵在物理里真的很无聊,也就是一个“热力学第二定律”。而跑到花花绿绿的大千世界历来,这膏药贴哪儿哪灵。

–BG

4/18/09
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