可逆與不可逆

可逆與不可逆是標誌自然過程方向性的物理概念。某一物質系統經過某一過程，由某一狀態變到另一狀態，如果存在另一過程，它能使物質系統和環境完全復原，即物質復原到原來狀態，同時消除了原來過程對環境所產生的影響，則原來的過程稱為可逆過程。反之，如果用任何方法都不可能使系統和環境完全復原，則原來的過程稱為不可逆過程。在經典力學和量子力學中，牛頓運動方程和薛丁格方程表現的是可逆性。即它們都包含有時間，但不包含時間的箭頭，時間僅僅是運動的一個幾何參量，取正或取負都有相同的功能。在熱學中，熱總是自發地從高溫部分傳向低溫部分，最後達到熱平衡狀態，描述這類熱傳導過程的是傅立葉方程，它刻畫的是不可逆性。熱力學第二定律揭示了過程的單向性，描述了時間的不可逆性。它指出，對於一個孤立系統中的不可逆過程，熵會隨著時間的流逝而增大，從而把演化的概念引進了物理學。現代自然科學越來越多地揭示了自然界發展的方向性和時間的不可逆性，如天體的演化，地殼的變遷，生物的進化等等。

可逆與不可逆

嚴格的物理學意義上的可逆性是指時間反演，即過程按相反的順序進行。在經典力學的運動方程中，把時間參量 t換成-t，就意味著過程按相反的順序歷經原來的一切狀態，最後回到初始狀態。但實際上，機械運動過程總是受到各種複雜的隨機因素的作用，因此完全的可逆性是不存在的。

嚴格的物理學意義上的不可逆性概念最初是由經典熱力學提出的。它把熱的過程區分為可逆的和不可逆的兩種，並指出在一個封閉系統的熱過程中，熱量總是自發地從較熱物體傳輸給較冷物體。熱力學第二定律用熵的增加來描述這種不可逆過程。這個定律的統計解釋表明，不可逆過程就是封閉的分子系統從有序狀態趨向於無序狀態。

20世紀40年代以來，系統論、控制論等學科的發展表明，任何開放系統即任何現實存在的系統不僅可以增熵，也可以從外界輸入負熵而導致減熵。因此，決不能把時間的方向性唯一地同熵增對應起來，因為事實上也存在著熵減的不可逆過程。非平衡態熱力學等新興學科的發展又進一步表明，任何開放系統，包括我們所觀察到的宇宙系統，都可以在遠離平衡態的條件下形成某種有序的耗散結構（見耗散結構理論），從而阻止或延緩熵增過程。而且，一個非平衡態的開放系統在一定條件下既可能從無序到有序,也可能從有序到混亂。所以,不可逆過程是複雜的，既可以是熵增過程，也可以是熵減過程，即既可以是退化，也可以是進化。

自然界發展中的進化和退化是不可逆過程的兩種形式。雖然自然界中的不可逆過程是絕對的，但有些過程在一定的條件下卻表現出相對的可逆性，因此，人類可以創造條件，利用這種近似的可逆性。