进化熵与热力学第二定律

宏观物体中分子碰撞的动力学由参数热力学熵编码——它是对应于给定宏观态的分子构型数目的统计度量。宏观物体中能量流动的方向性由热力学第二定律描述：在孤立系统中，即对能量和物质输入封闭的系统，热力学熵增加。复制生物种群中较低层次相互作用的动力学由参数进化熵编码，它是一个描述复制生物种群中代谢循环的数量与多样性的统计度量。生物种群中能量转化的方向性由进化基本定理描述：在对能量和物质输入开放的系统中，当能量源稀缺且多样时，进化熵增加；当能量源丰富且单一时，进化熵减少。本文表明，当 $\rho \to 0$ 且 $N \to \infty$ 时，其中 $\rho$ 为外部能量源的生产率，$N$ 表示复制单元的数目，进化熵（一种能量的有序态）与热力学熵（一种能量的随机态）相重合。因此，进化基本定理是热力学第二定律的推广。