能量是宇宙间的大管家，他绝不允许发生能量不守恒的事情

不过，不违反能量守恒的事情，也不是都能发生

自然界还有一位女主人——熵

她决定了自然现象发生的方向性

熵（Entropy），这是一个被很多人引用的词，在网上baidu一下，信息熵、知识熵、货币熵、情感熵……无所不熵，甚至现在还有一个很时髦的研究方向叫做“熵与后现代主义文论”。但熵究竟是什么？在很多书上，熵被定义为“描述系统混乱程度的状态函数”，到底对不对呢？

永动机曾经是每个发明家的梦想，爱因斯坦同学在专利局时的主要工作就是审查各种各样的永动机。直到现在，仍然有很多人宣称自己成功制造了永动机。历史上曾经设想过这样一种永动机，它可以不断地从大气中吸收能量，并把这些能量转换成其他能量，比如一辆汽车，不需要烧汽油，也不需要充电，只靠吸收空气中的热量就可以跑！有这样无本万利的美事吗？这并不违反能量守恒定律，显然是可行的。但在现实社会中，我们并没有造出这样的汽车，为什么呢？不是人笨，是大自然不允许！因为自然现象的发生是有方向的，比如将一滴墨水滴到一杯清水中，我们会发现墨水从开始的一团，渐渐扩散，直到把整杯清水都染黑，但我们从未看到过相反的过程——有谁见过一杯黑水，慢慢变成漂浮着一个墨水团的清水？要是有这样的事，那污水处理可就好办了！把一块冰放在手心，手会感觉到冷，而冰则吸收了手心的热量而变成水，但从来没有人看到手心里的水会自动变成冰，同时手感到发热，除非是天山童姥的手！这样的事只能发生在金庸大侠的笔下，现实世界里不可能。这就是自然现象的方向性。

为了描述这种方向性，科学家们定义了一个物理量——熵，并给出了熵增原理——在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大。熵的数值越大，系统内的混乱程度就越大，从这个角度讲，第一段中定义的“熵是描述系统混乱程度的状态函数”是正确的。但需要强调一点，熵虽然是状态函数，但我们并不能直接说某个系统的熵是多少，我们只能知道系统从一个状态变到另一个状态的时候熵的变化是多少。

信息熵

在熵增原理刚提出的时候，麦克斯韦同学提出了这样一个可能：设想有一个封闭的盒子，中间有一个隔板，隔板中间开一个孔，隔板的一边充满气体，另一边是真空。有一只无所不能的妖怪，能够分辨每一个飞向小孔的气体分子的速度，速度大的分子飞过来的时候，他就打开小孔，让分子飞到真空的一边；速度小的分子飞过来的时候，他就关闭小孔，不让分子飞过去。经过一定时间后，隔板两边气体分子的速度就会有明显差别。我们知道，气体分子的平均速度的大小，反映了气体温度的大小。那么，上述过程最终的结果就是，隔板两边的温度不同，计算表明，在这个过程中，系统整体的熵是变小的。显然，这不符合熵增原理。

人们把这个妖怪称为麦克斯韦妖，麦克斯韦妖的出现使人们一度对熵增原理产生怀疑，因为即使没有妖精，我们也可以制作一个精密机器达到上述目的。直到1948年，香农提出了“信息熵”的概念，才解决了这一问题。

香农认为，信息的基本作用就是消除人们对事物的不确定性。比如一杯水放在桌子上，你不知道它的温度，不知道它是否有毒……你不敢喝它，当有一个人告诉你，这是一杯常温的纯净水时，你就敢喝这杯水了，因为你得到了信息，这个信息消除了你对水的部分不确定性。

基于上述理论，香农认为信息是带有负熵的！麦克斯韦妖能够准确的打开或者关闭小孔的前提是它必须知道每个分子的速度，而它获得这些信息的同时也减少了系统的熵。于是一切都变得合理了。

香农的这一理论使熵第一次跳出物理学理论框架，成为一个重要的概念！