熵是什么

熵是什么

熵是广泛应用于物理、信息论、化学等领域的一个概念。在不同领域中，熵的定义略有不同，但其在统计物理学和信息论中的定义比较常见。

统计物理学中的熵

在统计物理学中，熵是指热力学系统的无序程度，它是系统可用能的一种度量。热力学系统中的能量可以分为可利用能和无法用于做功的熵能。熵能越高，热力学系统的无序程度越大，可用能越低。熵的单位通常是焦耳/开尔文。

根据第二定律热力学，对于孤立系统熵总是增加的，而系统的可利用能总是下降。这意味着，系统不可能从高熵状态到达低熵状态，而不通过与外部环境交换能量或物质。

信息论中的熵

在信息论中，熵是指概率分布的不确定性程度。熵越高，表示概率分布越不确定，信息量也就越大。例如，在一个带有10个等概率选项的选择题中，每个选项的熵是log2(10)≈3.32比特。这意味着，我们需要3.32比特的信息来确定正确的答案。

熵通常用于描述数据压缩中的最小比特数和密码学中的密码强度。例如，在密码学中，熵越高，表示密码越难以破解，因为熵高意味着熵位(即熵中的比特数)更多，这增加了攻击者猜测正确密码的难度。

结语

熵是一个重要的概念，在统计物理学和信息论中都有着广泛的应用。虽然其在不同领域中的定义略有不同，但其本质是一致的：熵是一个度量系统有序程度或概率分布不确定性程度的量。在日常生活中，我们也可以从熵的角度来理解一些现象，例如房间变得越来越乱、文档夹变得越来越复杂等等。这些都可以解释为熵的增加。