学习过程属于熵增还是熵减呢?

学习过程属于熵增还是熵减呢?

谢邀

回答问题,先明确概念以及适用范围。

熵的科普和内容

熵的发展分为三个阶段,第一,热力学熵(也叫作克劳修斯熵),第二,分布熵(常被叫做玻尔兹曼熵),第三,信息熵(也叫作香农熵)。

热力学熵适用于所有发生热传递的热力系,比如冬天取暖,夏天空调,摩擦生热等等。

玻尔兹曼熵适用于分布,现在网络上大多数科普的是玻尔兹曼熵,比如典型的,一杯水里面加入墨汁,墨汁与水混合。这一过程并没有明显的热量传递,不能使用热力学熵解释。注意,必须是实体粒子!

信息熵适用于信息的标度量化,比如早上妈妈让你叠被子,今天又让你把地扫了,这些就是信息,但你无法确定哪一个信息量更多更复杂,就需要信息熵进行处理,这在电子计算机方面有巨大的贡献和广泛的应用。(我的专业是工程热物理,热力学熵和玻尔兹曼熵可以做相对深一些的科普,信息熵也是个菜鸟,比小白强一点点)。

之所以说熵的发展阶段是热力学熵---玻尔兹曼熵---信息熵 的原因在于信息熵的公式通过减少定义域的范围可以变成玻尔兹曼熵,同理,玻尔兹曼熵也可以变成热力学熵。但严格意义不能共存。(以我的知识框架这么理解,同时也可以用数学理解,数学的发展,先是正数,再之后零,再往后有了负数。熵也可以这么理解,热力学熵根据开尔文文标整理后,只有正数,玻尔兹曼熵允许出现熵是零,信息熵得到了熵的负数部分。)

问题的分析和解答

想要回答这个问题,现在就比较清晰容易。确定问题的条件,在与方法的适用范围对应,就可以分析和求解问题。

学习过程是熵增还是熵减。

学习过程中,人的大脑内部的脑细胞开始高能运作,产生热量,导致热力学熵增。

大脑内部的细胞不能够随意分布,同样组织液以及组织液内部的溶质也不是自由分布,所以,玻尔兹曼熵并不适用(可能会有极少数的自由分布能力,但主要部分并非自由分布的)。如果非要讨论这一极少部分的熵变,那么仍然是熵增,大脑除了维持正常的生理需求,比如分泌一些激素消耗能量,同时需要提高听和读的功率,分析处理,实现学习过程,需要比正常生理状态下更多的原料,那么,能够自由分布的粒子就越多,玻尔兹曼熵就熵增。

大脑学习到了大量的知识,也可以称之为信息,前提是知识是有信息积累沉淀升级得到的。在信息熵中,信息量越大,熵越小。所以,学习过程中得到一些信息,属于信息熵的熵减。

更值得注意的是,信息熵虽然说是熵减,但不能与热力学熵中和,只可以在数字上做一些运算。

总体来说,对于有形的,都是熵增,无形的信息,属于熵减。对于数学加减,整体可能会出现熵增或熵减,比如小学时期大多数人都讨厌的背课文,看第一遍的时候,获取大量的信息,但是第二遍第三遍甚至第n 遍,越往后,消耗的能量差不多,但是信息却没有熵减。一直在熵增。再比如,有一天,在路上遇到一位慈祥的老人,你和他聊了聊,发现自己的人生豁然开朗,感觉人生充满希望和斗志。聊天的熵增和得到的信息熵减相加之后总体熵减。

总结

数学意义上,学习过程可以熵增也可以熵减。

生物意义上,学习过程消耗能量产生热量,脑袋都要烧起来了,只有熵增。

俏皮一下

历史意义+数学意义,上面说到慈祥的老人聊天,老人整体是熵增,没有获得比较新的信息,自己经历的老人多半经历过也听说过,所以不是新的信息,没有信息熵的熵减。所以老人只有熵增,但是老人给年轻人讲解一些东西,年轻人却熵减了,文化的传承文明的发展就是这样,年青一代从老一代学到东西,实现了种族延续的熵平衡。所以,多找长者谈心,别去夜店花心,要去书店静心,少去闹市乱心。

以上

工程热物理的小学生 晋唐河东人

2019/5/15 贰零壹玖年伍月拾伍日 周三