热力学第二定律和耗散结构

严大东 [1] 狄增如 [2]

【编者按】任正非利用熵和耗散结构做了企业管理哲学的隐喻,那么熵和耗散结构在科学上的本义是什么呢?下面这篇文章为有兴趣追本溯源的读者做了一个深度解读。

热力学第二定律

历史回顾

18世纪下半叶,以蒸汽机为标志的第一次工业革命开始。尽管那个时代人们还搞不清热的本质,但各种实用的蒸汽机却不断被发明出来,并应用到实际工作中。那时候人们普遍关心的问题是,什么样的工作物质以及怎样改进结构才能提高热机效率。

这时候一个年轻的法国退役军人出现了,他就是卡诺。他另辟蹊径,提出了著名的卡诺热机。卡诺热机是工作在高温、低温两个热源之间的可逆的理想热机。与众不同的是,卡诺所关心的是热机的效率问题。卡诺病故一年后他的遗作《关于火的动力及适于发展这一动力的机器的思考》于1824年出版,书中指出了工作在两个热源之间的不可逆热机总是小于可逆热机的效率。这一论证基于一个显然的事实,即热不可能自发地从低温物体传到高温物体。这一论断被后世称为“卡诺定律(理)”。

在卡诺那个时代,热质说是被人们广为接受的理论。热质说认为热是一种特殊的物质,称为“热质”。热质由没有质量的细微粒子组成,它可以从一个物体流向另一个物体,其数量是守恒的。卡诺关于热机的理论也是基于热质说的。这一点也可以从卡诺热机的效率 $\scriptstyle \eta = 1 - Q \ _ { 2 } \ / Q \ _ { 1 }$ 看出。在这里,效率只与从高温、低温两个吸收或放出的热量有关,因此卡诺的理论表面上似乎可以按热质说来理解。卡诺的理论在随后的实践中得到了验证。

1847年,英国物理学家威廉·汤姆逊(即后来的开尔文爵士)遇到了焦耳,并开始了他们之间的合作。在焦耳大量实验的基础上,他们提出热与功可以相互转换,热质说不再正确。这样,一个难题就摆在人们面前:到底谁的理论对呢?

热力学第二定律的诞生

距卡诺那本书出版26年后,德国物理学家克劳修斯也注意到在热质说框架下这两个论断的不可调和性。1850年他发表了《热的动力学以及由此导出的热本性的定律》一文,指出了卡诺的假设(即热不能自发地从低温物体流向高温物体)可以看成一个客观规律。这样他提出了热力学第二定律的一个表述:

(1)克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。

1851年,即克劳修斯发表那篇文章之后一年,汤姆逊在爱丁堡皇家学会上发表了三篇题为《论热的动力学理论》的文章。这些文章除了提出热力学第一定律外,还发现如果放弃热质说,也一样可以揭示卡诺的理论,这样就调和了上述两种理论表面上的分歧。更为重要的是,汤姆逊提出了热力学第二定律的另一种表述,并论证了它与克劳修斯表述的等价性。尽管汤姆逊的文章比克劳修斯晚一年,人们还是承认了汤姆逊对热力学第二定律的另一种表述。

(2)开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量使之完全变成有用功而不引起其他变化。

可以证明,这两种表述是等价的。证明用到了反证法,即如果一种表述不成立,则另一种表述也不成立;反之亦然。值得指出的是,这种证明只是一种逻辑,它不对应新的物理。

从本质上讲,卡诺是第一个提出热力学第二定律的人。如果我们先承认了热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述,可以反过来证明卡诺定理:

卡诺定理的表述为:

(1)工作在两个给定温度之间的所有可逆热机,其效率相等,且与工作物质无关。

(2)工作在两个给定温度之间的所有热机,以可逆热机效率为最高。

卡诺的论断与热力学第二定律的两个表述是等价的。从这个意义上讲,卡诺是热力学第二定律的最早提出者,因此热力学第二定律也可以叫作卡诺原理。只不过人们觉得热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述不借助于热质说和热机,显得更为基本。既然卡诺的论断与之等价,把后者叫作定律,那前者就是定理了,这就是大多数热学书中称卡诺的论断为卡诺定理的原因。由于早期历史对卡诺的埋没,热力学第二定律的命名要早于热力学第一定律。

热力学第二定律实例

下面我们通过一些自然界中的例子来看看热力学第二定律。热力学第二定律的本质是描述一种不可逆性。自然界中,有很多不可逆性的例子。耗散过程都是不可逆的。这里来看两类耗散过程。第一类如扩散过程,如一滴墨汁在水中的扩散;又如把冷水与热水混合变成温水,而温水则不会自发地再变回到冷水与热水;还有,热不会自发地从低温物体传到高温物体,这恰好就是克劳修斯表述中所说的。

另一类耗散过程如摩擦。通过摩擦机械能可以转化为热,但热却不能以任何方式完全转化为机械能。一个典型的例子是所谓的第二类永动机。人们承认违反能量守恒定律的第一类永动机是不可能的,于是就试图设计从单一热源提取热量而不违反能量守恒定律的所谓第二类永动机。例如人们曾设想从海水中提取热量去做功,再把放热后海水变成的冰块放回大海。实践表明这也是不可能的,事实上这也正是开尔文表述。

所以从某种意义上说,自然界的这两类不可逆的耗散过程,正好对应着热力学第二定律的两种表述。如果你记不住前面两种表述的晦涩文字,可以这样简单地理解这两种表述:

(1)克劳修斯表述:热量不会自发地从冷的物体传到热的物体。

(2)开尔文表述:第二类永动机不可能实现。

熵增加原理

1865年,克劳修斯针对热力学中的不可逆性,提出了熵的概念,并用数学形式表述了热力学第二定律,即克劳修斯等式和不等式。

设想一个系统相继与n个温度分别为 $\lceil T _ { 1 } \cdot \ T _ { 2 } \ldots \ldots T _ { \mathrm { n } }$ 的热源接触,最后回到初始状态,完成一个循环。这个循环可以看成由很多个微循环过程组成,把每个微循环过程中吸热放热与温度的比值 $\triangle Q / T$ 加起来,其总和是一个等于或小于零的数,这被称作克劳修斯等式和不等式,它是热力学第二定律的一种数学表述形式,其中的等号和小于号分别适用于可逆循环与不可逆循环。

对于可逆过程,尽管热量和温度都与体系演化的路径有关,但其比值 $\triangle Q / T$ 与路径无关,它对应一个状态量。这就意味着热量与温度的比值 $\triangle Q / T$ 有着特殊的含义。在此基础上克劳修斯提出了熵的概念。对于一个可逆的微过程,熵的变化就等于 $\triangle Q / T$ 。熵是一个与状态相关的函数。对于一个绝热过程(可以是可逆的,也可以是不可逆的),吸热或放热为零。根据热力学第二定律可以证明:对于可逆过程,熵变等于零;而对于不可逆过程,熵变大于零。可见,系统的熵永不减少。孤立系统就是一个绝热系统,它的熵永不减少。自然界中存在的真实过程或多或少都是不可逆过程,这个过程在绝热近似下熵总是增加的,这就是通常所说的熵增加原理,也是热力学第二定律的一种表述形式。

我们举一个例子来看熵增加。把一块低于零度的冰放到高于零度的水中,设水和冰的温度分别为 $\textit { T } _ { 1 }$ 和 $^ { \dag T } 2$ 。这样就有热量Q 从水传到冰中。水的熵会减少 $\triangle S _ { 1 } = \triangle Q / T _ { 1 }$ ,而冰的熵则会增加 $\triangle S _ { 2 } = Q / T _ { 2 }$ 如果把水和冰看成一个孤立系统,则系统的总的熵变为 $\triangle S = \triangle S _ { 1 } + \triangle S$ $\ d u _ { 2 } = Q \ d Q \ d Q \ d Q ~ ( 1 / T _ { 2 } - 1 / T _ { 1 } )$ 。因为 $T _ { 1 } > T _ { 2 }$ ,所以 $\triangle S > 0$ ,即系统的熵是增加的。这说明熵有一个自发的流动方向,它对应于热量可以从高温物体自发地流入低温物体。如果要让热量从低温物体流到高温物体,则必须有外界功的输入,即输入负熵。制冷空调就是利用这一原理,通过用电做功把热量从室内(低温)传到室外(高温)。

人们常常会有一个误解,以为系统的熵只会增加,其实它只对孤立系统成立。如果系统向外界放出热量,则系统的熵会减少,这可以看作“负熵”流进了系统。

熵的微观含义

上述关于熵的定义是宏观的热力学意义上的。尽管我们可以根据熵的表达式来计算熵变,但看不清它的本质。1872年奥地利物理学家玻尔兹曼给出了熵的一个微观表达式: $S ~ = ~ k ~ \ln \Omega$ ,公式中k 是玻尔兹曼常数,Ω是体系的微观状态数,对应于宏观态出现的概率。可见一个系统越混乱,微观状态数就越多,体系的熵就越大。因此,可以通俗地说:

熵表示体系的混乱程度。上面讲到热力学第二定律时举的一些例子,都与这一微观表达式是一致的。

熵致有序

从熵增加原理可以看到,一个孤立系统总是倾向于朝熵最大的方向演化,即朝着更加混乱的方向演化。但这并不意味着体系的所有方面都会走向无序;相反,它会导致体系某些方面的有序。

一个典型的例子是液晶分子会通过增加密度使取向排列得有序。我们把液晶分子体系简化成一根根硬棒,硬棒之间除了不能相互穿越外,没有其他的相互作用。这样对每根硬棒而言有两种运动模式,一种是取向上的转动,另一种是空间上的平动。这两种运动导致了取向熵和平动熵,系统总的熵是这两种熵之和。当液晶溶液很稀时,硬棒间相距很远,每根棒都可以自由转动,取向无序。随着浓度的增加,硬棒的转动和平动的空间都受到限制。此时是牺牲取向熵还是牺牲平动熵呢?这些硬棒就会自发地做出一个选择:它们倾向于取向排列有序,从而节省出更多的空间让硬棒可以在空间上自由地平动。这样虽然取向熵减小了(取向有序),可是平动熵却大大地增加了,以至总的熵仍然是增加的。所以,我们会看到这样一个现象,随着液晶浓度的增加,液晶分子的取向会出现一个从无序到有序的转变。这个转变完全是熵所导致的,称为熵致有序。这一液晶的相转变是物理化学家昂萨格于1949年提出来的。

可以打一个比喻来说明熵致有序。把几个大人和很多孩子放在一个大房间里。从表面上看,似乎大人和孩子混在一起最无序,也就是熵最大。但是如果考虑到大人不会让孩子到处乱跑(他们会抓住从身边跑过的孩子),这样还会是大人、孩子混在一起最无序吗?不是。孩子们期望大人们聚集在一起(最好还是靠在墙边),这样就可以腾出更多的空间让孩子到处跑。表面上看起来,大人们聚在一起虽然减少了大人们的无序度,但这样孩子们则有更多的活动空间。孩子们的无序度大大增加,不仅补偿了由于大人们聚在一起所导致的无序度的减少,还有更多的富余使整个房间的无序度增加,即体系总的熵增加。这可以看成由于体系熵的增加所导致的一种使体系中一部分单元排在一起的内聚力,这是一种熵力。

总结一下。一个体系的熵可以记为S=S1+S2。熵增加原理只要求总的熵S增加或者不变。因此完全可以增加一部分熵S2来换取我们所关心的那部分熵S1减小,这就是熵致有序。

结语

热力学第二定律最初是一个从自然界中总结出来的经验规律。由热力学第二定律引申出熵的概念,它描述了一个系统的混乱程度。热力学第二定律说明熵有一个自发的传播方向,即由低向高。熵的概念最早源自物理学,但后来人们发现,熵其实有着更为广泛的含义,它的意义远远超出了物理学。1944年,量子力学的创始人之一薛定谔发表了其名著《生命是什么》,第一次用熵的观点来看生命,指出与生命现象伴随着的就是熵的减小;1948年,信息论的创始人香农提出了信息熵的概念,建立了信息量与概率,也就是与信息熵的关系。近年来,熵的概念又被广泛地应用在社会科学领域。这些现象从热力学的观点看就是“负熵”,它决定着生命的演化、信息量的增加以及社会秩序的建立。对于一个企业而言,企业文化就是一种承载着信息的负熵流,它决定着企业生命和未来的走向。

耗散结构理论

我们人类赖以生存和发展的宇宙与自然,从时空尺度上大致可以划分为微观、宏观和宇观三个层次。微观范围内,核心问题是物质的基本结构和相互作用,刻画物质间基本的相互作用并试图建立统一的相互作用理论;宇观层次则主要涉及天体运动和宇宙演化问题,建立宇宙起源和演化的基本理论和图像。

宏观层次则涉及我们所熟悉的宏观世界。宏观世界的时空尺度在米和秒的范围内,包括化学、生物学、生态学、社会学、经济学等各种学科领域,与我们的生活息息相关。在这一空间尺度下,最突出的特点是系统的多样性与复杂性,引起人们密切关注的基本问题是:在这些纷繁复杂的结构与运动形式背后,有没有核心的科学问题和普适的基本规律?自然科学在宏观领域中的重要进展对这一问题给出了肯定的回答,耗散结构理论为理解自然和社会演化的基本规律做出了突出的贡献。

为了深刻理解耗散结构理论对我们认识自然所起到的关键作用,我们需要从对宏观世界中复杂系统的观察和研究谈起。我们所谈到的复杂系统,涵盖了物理、化学、生物、社会、经济等各个领域,它的基本特点是系统中包含大量的基本单元,并且随着时间的演化,在更高的层次上,不断涌现出新的结构和功能。如何理解时间演化和时空有序结构的涌现,是科学研究的一个重要命题,它触及可逆与不可逆以及退化与进化等涉及时间演化的基本科学问题。

在由经典物理学和量子力学描述的动力学世界中,时间作为三维空间之外的第四维,进入到物理过程的时空演化规律中,但它们的基本方程都是时间反演对称的,它们给出了一个可逆的、对称的物理图像。在热力学和统计物理学中,这一演化图像被打破。热力学与统计物理学研究由大量粒子组成的系统,特别是与热现象有关的物理过程,它使不可逆现象进入了物理学的研究范围,给出了系统演化的“时间箭头”。可逆与不可逆、有无时间箭头的问题体现了物理学中动力学和热力学之间的重大差别,而时间箭头的指向问题则构成了物理学、化学等研究无生命的科学与生物学、社会学等研究生命的科学的另一更为基本的矛盾。

热力学第二定律给出的时间箭头,要求一个孤立系统朝均匀、简单、消除差别的方向发展,这实际上是趋于低级运动形式的退化。克劳修斯把这一理论推广到全宇宙,得出了宇宙热寂说的悲观结论。在现实生活中,我们的确观察到这种退化的倾向,然而生活中也到处出现与上述相反的演化方向,即由简单到复杂,由低级到高级,由无功能到有功能再到多功能的方向演化。这是一个进化的方向,生命的产生和演化以及人类社会的发展是这一进化最典型的代表。很显然,生命的进化箭头与热力学的退化箭头形成鲜明的对照,产生了进化与退化的矛盾。似乎是生物界(包括人类社会)遵循着自己的特殊规律,它与物理世界的规律完全不同,甚至恰恰相反。

一个物理的、量的世界,一个生物的、质的世界,二者之间存在着巨大的鸿沟。两种演化图景之间的矛盾构成了复杂系统研究的基本问题。能否把二者统一起来,用统一的科学理论来全面地解释生命的特点及其进化的过程,以实现自然科学的大统一呢?这些问题引起了科学家们的极大兴趣,耗散结构理论正是在探讨这些根本性的问题中产生的。

事实上,虽然生命现象是进化进程的典型代表,但在物理的、化学的无生命领域,我们也同样可以观察到由无序到有序的进化现象,观察到结构和功能的涌现。几个典型的例子是贝纳得(Benard)对流、激光和贝洛索夫–萨波金斯基反应(B-Z反应),天空中的云街、岩石中的花纹、低等生物的社会性行为等等,都是系统在某些外在条件下,自发地产生出宏观有序结构。它不同于系统在具有更高组织的环境驱动下,被动地产生某种宏观结构的行为(如搅动液体也会产生出宏观对流),自组织现象的产生根源于系统的内部。研究各领域中自组织现象的共性与规律,并利用相应的概念和方法研究具体系统的自组织行为,就构成了耗散结构理论的核心内容。

比利时物理化学家普利高津及其所在的研究团队长期关注非平衡热力学的发展,对在宏观系统演化过程中时间的单向性和不可逆过程倾注了极大的热情。在不可逆热力学研究领域,他们取得的一个重要成就是,在拉斯·昂萨格于1931年发现的倒易关系的基础上提出了“最小熵产生定理”:在线性非平衡区,系统的热力学定态是稳定的,并且,只有在定态,系统单位时间内的熵产生亦即熵产生率最小。后来,他们又向远离平衡的方向探索:在倒易关系和最小熵产生定理不复成立的条件下,系统会发生什么现象?经过自20世纪40年代末到60年代末的长期曲折探索的过程,布鲁塞尔学派在“局域平衡假设”的基础上,得到了“自组织”和“耗散结构”的概念。他们指出,当外界环境把开放系统驱动至远离平衡的区域,即超越了倒易关系和最小熵产生定理的适用范围,进入非线性区后,系统的定态可能失稳。系统内部的涨落能驱使它进入具有时间、空间或功能结构的状态,出现“自组织过程”。

自组织过程不同于系统在具有更高组织的环境驱动下,被动地产生某种宏观结构的行为,自组织现象的产生根源于系统的内部。自组织现象的另外一个特点是系统与外界的物质和能量交换是维持有序结构的必要条件,所以普利高津称其为耗散结构。这些特点使得自组织行为所产生的宏观有序也不同于我们所熟悉的通过降低温度和平衡相变所得到的序(如水变成冰),耗散结构只有在开放的条件下,通过不断的“新陈代谢”才能维持,显然,自然界中的进化现象特别是生命现象都必须用非平衡条件下的序才能解释,所以,普利高津提出了“非平衡是有序之源”这一著名论断。

系统状态的稳定性在耗散结构的形成过程中起着重要作用。孤立系统的平衡态和线性区的非平衡定态都是稳定状态。当某种扰动(内部的或外部的)使系统偏离该状态时,系统会力求恢复到原来的平衡态或定态。通过控制外界条件(例如贝纳德对流中的温差),可以使系统从平衡态连续地过渡到非平衡定态,这一连串状态连接在一起,统一地被称为热力学分支。显然,当系统离平衡态不远时,热力学分支是稳定的,不会发生自组织现象。当外界条件驱动着系统越来越远离平衡时,会出现一个临界阈值,外界控制参量越过该临界值后,系统的热力学分支(热传导状态)就失去了稳定性,微小的扰动(这种小扰动永远存在)就会使系统偏离热力学分支,并达到一个新的稳定状态(如宏观对流态),新的稳定状态所在的分支就被称为耗散结构分支(参见图1)。这种由热力学分支失稳而使系统跃迁到耗散结构分支的现象,叫作非平衡相变。

图1 热力学分支和耗散结构分支

观察自组织现象的例子,我们可以总结出耗散结构形成的一些共同的特点和条件。非平衡相变只在以下条件下才会发生。

1.系统是开放的。只有系统和外界存在物质或能量的交换,系统才有可能产生并维持耗散结构。从熵的角度来看,开放系统的熵改变由两部分来构成:当环境造成的负熵流deS足够强时,它不仅可以抵消掉系统内部的熵增加diS,而且还能够使系统的总熵减少,使系统进入相对有序的状态。应当指出,系统和环境是不同的,系统不可能对外界“全面开放”,否则,它就成了环境或另一个系统的组成部分,也就丧失了自己的相对独立性。

2.远离平衡态。开放系统只是形成耗散结构的一个必要条件,而不是充分条件。我们已经知道在线性近平衡区有最小熵产生定理,保证热力学分支是稳定的,所以只有当系统在外界条件驱动下达到远离平衡态的区域,系统才有可能发生非平衡相变。

3.非线性的相互作用。非线性相互作用的存在是热力学分支失稳,并存在稳定的耗散结构分支的必要条件。

4.涨落是有序结构产生的触发器。热力学系统由大量的分子构成,系统的宏观状态是众多微观粒子的统计平均效应,对于平均值的偏离就是涨落,它是偶然的、随机的,又时刻存在于系统之中。在热力学分支稳定时,涨落相对于平均值是很小的,即使偶尔有大的涨落也会立即耗散掉,系统总要回到平均值附近。然而在非平衡相变的临界点附近情况就大不相同了。这时,很可能出现大的涨落,更为关键的是这种涨落不会被耗散,而是被放大从而导致系统发生宏观的变化。热力学分支失稳后,如果存在多个耗散结构分支,那么,系统如何进入耗散结构分支、进入哪一个分支都是由涨落决定的。在非平衡系统具有了形成有序结构的客观条件后,涨落对于某种序的实现起着决定性的作用。

对于复杂系统的自组织现象,耗散结构理论的热力学视角给出了系统产生宏观有序行为的条件和机制,为理解各领域复杂系统的涌现性提供了统一的概念、方法和基础。但当我们希望具体了解具体系统的宏观行为时,仅仅靠热力学的知识是不够的,必须针对具体系统应用动力学手段,使用动力学的概念和方法,分析个体行为、相互作用和演化机制。研究复杂系统的演化的动力学,我们通常可以从宏观、中观或微观几个层次入手。在宏观层次上,可以沿用热力学统计物理所发展起来的方法,用相应的宏观变量描写系统的状态,并采用微分动力系统描写状态的演化,而非平衡相变则与系统的分支行为密切相关。所谓中观层次则主要涉及自组织理论的随机描述方法,为了考虑系统由于微观个体偏离平均行为而导致的涨落的影响,可以引入随机的描述方法。随机描述的基本观点是把描述系统宏观状态的变量或参量看作随机变量,并把系统状态的演化看作随机过程,应用Master方程、Fokker-Planck方程和Langevin方程描写系统的演化。微观层次则试图从组成系统微观组分的行为及其相互作用出发理解系统宏观结构的涌现性行为,通常称之为自下向上(Bottom-Up)的研究方法。以上三个层面的研究是理解自组织现象的基本途径。

耗散结构理论开辟的关于宏观层次复杂系统演化行为的研究提出了探索复杂性的科学问题,为我们认识自然提供了新的方向,成为科学研究的一个重要领域。耗散结构理论的研究和成就不同于科学史上发现一条定律或定理,发现某个天体或基本粒子,它的成就在于以非平衡的热力学为基础,开辟了一个新的领域,成为沟通物理的、量的世界和生物的、质的世界的桥梁,为研究“低级、简单”的物理系统与“高级、复杂”的生命系统演化提供了统一的理论基础。它对人们的世界观和科学研究有深远的影响,有广阔的发展前景。

参考文献

  1. 《热的简史》,姜·范恩著,李乃信译. 东方出版社,2009.

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  6. Glansdorff P,I. Prigogine. Thermodynamics Theory of Structure, Stability and Fluctuations. Wiley-Interscience, New York, 1971.

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  8. 《非平衡系统的自组织》. 尼科利斯、普里戈京著,徐锡申等译。科学出版社,1986.

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用力跑,朝着相反的方向

吴伯凡

我们正处在一个瞬息万变的时代,在手机市场,三星似乎一直是无可置疑也无法撼动的老大。但今天我们看到它处于一个几乎人人喊打的局面。

在机场里,你总能听到与三星手机有关的警告。一直被大家不怎么看好的vivo和OPPO反而成了销售冠军。挺有意思的是,诺基亚宣布在2017年重返手机市场,这真的是有点让我们看不懂。在诺基亚如日中天的时候,华为还没有开始做手机,至少没有明目张胆地做手机。而今天,华为手机可以说迎来了生长最旺盛的季节。

熵本来是一个物理学、热力学的概念。

熵的定义:

封闭的热力系统中不能做功的一定热量的能量的计量单位,也就是指封闭系统中对无序和随机的计量单位。这听起来很拗口,其实我们只要记住,它的基本含义就是:混沌、有序性的衰减、惰性、混乱递增、不明确、衰败等等。

例子:温水变凉。

有一锅温水放在那个地方,除了它的温度会自然地降低之外,水分子的运动状况是趋于无序的。我们通常把这种水分子无序运动的状况称为布朗运动,就是没有方向、没有目标、随机性的运动。我看到有人写博客说,“星期天待在家里头没事,我只好在家的附近做布朗运动”,也就是在闲逛。

热力学有两个定律,第二定律听起来跟第一定律有点矛盾。

• 第一定律:宇宙的整个能量是守恒的。

• 第二定律:在一个封闭的系统里,系统的能量以及与能量相关的有序性是递减的。

热力学第二定律告诉我们,在一个系统里,无序性或者是说有序性的递减是一种宿命,它是一个无法摆脱的类似于诅咒的东西。它有点像地球上的任何物体都没办法摆脱地心引力一样。

任何一个系统,都永远受制于一种命运,那就是无序性,混沌性是它的归属。所以有时候熵也被称为熵死,死亡是最终的归宿。

叔本华说:人一出生就开始了死亡的进程。只不过是这个周期相对比较长,所以我们就容易忘记这样一个结果。其实,这个结果是一直摆在那儿的。

熵与管理学

熵本来是一个物理学的概念,但是有很多管理学家都把它引入到管理学领域。第一个把熵的概念与对组织研究结合起来的管理学家是德鲁克。

迈克尔·波特说过,在生物有机体中,生命能量的消耗始终是为了治疗和维护一种精巧的次序,一个企业组织是由人所形成的网络来构成的,它具有绝对的陷入更大混乱状态的倾向。假如对这个组织不采取任何措施,它便会处于混乱状态之中,这一基本原理有力地说明了管理的

重要性。

任正非整个管理思想的核心就是熵。有一次他听中国人民大学的一个教授在讲熵与管理的问题,便对这个概念一见钟情。他突然明白,自己以前所讲的很多东西都可以浓缩在熵这样一个概念里。

我们知道,在中国的企业家当中,任正非是少有的经常唱衰自己企业的企业家。

我们最早读到的任正非的文章是《华为的冬天》,在2012年的时候,他有一个很重要的讲话,叫《华为的2012》。听起来好像是他始终在唱衰华为,当然实际上不是在唱衰华为。他是比较清醒地意识到,华为作为一个企业,和所有其他的企业一样,始终存在一个巨大的阴影,或者说有一个看不见的魔鬼随时在侧,这个魔鬼就是熵。

熵就是繁荣的反面,兴旺的反面,有序的反面。所谓繁荣,不过是熵处于最隐性的状态,它隐身了,不一定不存在,随时可能显化出来。而且最要命的是,它始终不会离开。所有的生命体、所有的组织的最终结局都是熵。

有一篇文章题目就叫《华为之熵》。其中有一段话是这样来描述熵的— —一个非活的系统被独立出来,或是把它置于一个均匀的环境里,所有的运动由于周围的各种摩擦力的作用都将很快地停顿下来,电势或化学势的差别也消失了,形成化合物倾向的物质也是如此,由于热传导的作用,温度也变得均匀了。由此,整个系统最终慢慢地退化成毫无生气的、死气沉沉的一团物质。于是,这就达到了被物理学家们称为的热力学平衡或“最大熵”的状态。

叔本华说:一个活的生命从一开始就被判处了死刑,只不过是这个死刑是被缓期执行的。

有一句话说:“医生能治你的病,不能治你的命。”医生没办法解决死亡的问题,他只能延缓你的死亡。这注定是一种暂时性的,用不断的努力证明自己最终无法成功的一种方式。听起来是一种很悲观的世界

观。

其实管理对于组织与医疗对于人体是同一回事,管理无非就是治疗和维系系统的有序状态。所以在这个意义上说,管理要做的只有一件事情,就是对抗熵增的趋势,或者说尽可能地暂时地减少熵。当然我们也可以说,管理就是如何增加企业的生命力。

永动机

熵这个概念是在1854年由一个叫克劳修斯的物理学家提出来的。有了熵这个概念,我们就知道世界上没有长生不老的东西,也不可能造出一台不需要能量便能自己运行的机器。但是,一直到20世纪,都有很多人在幻想造出一台不需要持续输入能量,就可以永远自动运行的机器。这种机器它有个名字叫永动机。

永动机的制造者、发明者,叫黄维。原来是国民党的一个将领,后来作为战俘被关押起来,他用了差不多25年的时间在监狱里研制永动机。他的研究前提是错的,必然做不出永动机来。但他的性格特点就是不服,打了败仗被关进了监狱他还不服,最要命的是他不服自然规律,他在漫长的余生当中,证明了一个其实不需要去证明的结论,永动机是造不出来的。

如果我们真正明白了热力学第二定律,就不会去犯傻做这样一台机器。原因很简单,我们在说熵的概念的时候,有一个限制条件,叫一个封闭的系统。封闭的系统,就是说外在的能量没办法进入这个系统中来。当外在的能量没法输入进来的时候,这个系统本身的有序性就会逐渐减弱,直到最终归于一种静态的平衡,这种静态的平衡其实就是死亡,或者叫熵死。

系统持续地运转只有一个办法,让它从封闭变成开放,不断地从外面输入能量。

例子:冷水变热。

一锅冷水,你要冷水锅里头冒热气,你想让一锅在做布朗运动的水分子朝着一个固定的方向运动,那就需要在下面加一堆柴火,给它输入能量。

原来做布朗运动的水分子只朝一个方向进行运动,到一定时候,那这锅水就开了。我们说这个水沸腾,其实就是所有的水分子都朝一个共同的方向运动,它就沸腾了。

负熵

负熵是指混沌和无序状态的减少。负熵是熵的反面,熵本身对我们来说是一种负面的东西,负熵,负负得正。负熵的形成就是外来能量的输入,这句很拗口的话可以翻译成一句很通俗的话,就是一个孩子,如果不吃东西,就会饿死。一个鲜活的肉体就会变成尸体,尸体就是一个达到了静态平衡的生命体。

每个生命体,每个组织,只要存在,就处在一个看不见的传送带上。就像我们人一出生就站在了一个传送带上,传送带的尽头是火葬场。我们能做的事:第一,意识到这个传送带的存在;第二,意识到这个传送带的方向。

人以各种努力,尽可能地朝传送带相反的方向跑,跑的结果当然不是最终逃离火葬场,它只是延缓我们走到那个终点而已。组织也一样,不管现在是如何繁荣昌盛、风光无限,都是站在一个它可能意识到,可能没有意识到的名字叫作熵的传送带上。如果不做任何努力,就会很快到达那个终点。

任正非的在商言熵

在任正非看来,所有的管理、经营行为就是为了达到一个目的防止组织生命力的衰减,抵挡组织从有序趋于无序,避免组织逐渐走向混沌,直到死亡。

所谓的管理,首先是发现和意识到组织是处在这样一个传送带上。其次是采取各种措施,朝着熵的相反方向,以对抗熵增的趋势。当然,这种对抗只是暂时有效。

当然我们说到熵的时候都有一个限制条件,就是封闭系统。其实,管理不仅仅是延缓一个组织的衰败,还是如何从一个封闭的传送带上突围,让自己成为一个能够从系统外输入能量的组织,这样我们就会大大地改变组织的生命周期,让组织的魂从原有的生命体当中脱离出来。

任正非为什么时不时地在唱衰自己的企业?其实他不是在唱衰自己的企业,而是他意识到衰不是唱出来的,衰是一种宿命。只有意识到这种衰的宿命,你才会采取决绝的努力来避免组织从兴盛快速地走向危机,直至死亡。

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挣钱难,花钱更难

吴伯凡

关于熵的定律,也就是热力学第二定律,是关于封闭系统的规律。也就是说在一个封闭系统里,如果没有外在能量的输入,它就会陷入一个熵死的状态。

耗散结构

那如何避免系统陷入熵死的状态呢?有一个叫普利高津的化学家提出了一种理论,叫耗散结构。

耗散结构是一个远离平衡态的开放结构,或者说是一个持续处于不平衡、状态里的结构。

简单地说,一个活的人,才会有饿的感觉,才会有对食物的需求。如果一个人对于食物没需求了,那他就是濒于死亡或者已经死亡了。

饿的状态,其实就是一个不平衡的状态,就是一个渴望开放的、渴望外在能量输入的状态。在耗散结构当中,通过不断与外界进行物质和能量的交换,在耗散过程当中产生了负熵流,系统就从原来的无序状态或者低有序状态转变为有序状态。

比如脂肪。脂肪其实就是能量的储存。人类在长期的进化过程当中,一直处于食物、能量匮乏的状态,所以我们的身体就有一种储存能量的功能。将已有的能量储存在体内,当我们没有外在能量输入的时候,身体可以暂时供给能量。

但是脂肪作为一种资源,一方面它是一个好东西,另一方面,它也是坏东西。能量的功能其实只有一个,就是用来被耗散的。如果脂肪只是用来储存的,也就是说,它是用来阻挡系统从外面输入能量的,脂肪就会带来麻烦。

同样,企业作为一个系统,要生存下去,就必须要从外面输入能量。所以企业就必须赚钱,在某种意义上说,钱就是企业的脂肪。

正如脂肪是用来被消耗的,钱也是被用来消耗的。花钱其实就是耗散钱,耗掉它,散掉它。如果企业把赚钱作为终极目的,企业就已经是处于半封闭的状态。

任正非对耗散结构的比喻如下:你每天去锻炼身体跑步就是耗散结构。为什么呢?你身体的能量多了,把它耗散掉了,就变成了肌肉,就变成了强健的血液循环系统,能量消耗掉了,糖尿病也不会有了,肥胖病也不会有了,身体也苗条了,这就是最简单的耗散结构。

如何判断一个企业是否健康?

第一,它能不能够大量地赚钱?也就是从外界不断地吸纳能量。

第二,它能不能够大量地花钱,或者说大量地耗散钱?如果企业对于钱的耗散机制在逐渐丧失,就意味着企业已经进入到一种亚健康状态。

一次有一个人问我:“你说某某公司在走向衰落,你看它的现金流,你看它的现金储备那么高。”

我说:“这只意味着一点,它正在变成一个大胖子。”

正如脂肪既是好东西,也是坏东西,利润既是好东西,也是坏东西。尤其是获得了高额的利润,又不知道怎么去花钱的时候。如果一个企业进入到一种大量收钱,但已经不太容易找到花钱的地方的时候,这个企业就相当危险了。尤其是一些垄断企业,一方面由于没有竞争对手,或者说它与竞争对手有一个巨大的落差,与对手相比,拥有一种绝对的竞争优势的时候,企业的利润会滚滚而来。这样的企业,你千万别偷着乐,脂肪有毒,利润也有毒。

人类已经进入到因为肥胖死亡的人数大大高于因为饥饿死亡的人数的时代,这就意味着人类面临着一种新的诅咒,企业也是这样。

例如IBM的危机。IBM在20世纪50年代启动了一个叫S360的计划,这个计划IBM花了50亿美元,这50亿美元相当于IBM4年的销售额。还有一个数字对比参考,美国的曼哈顿计划,也就是造原子弹的计划,花掉了29亿美元。当然这个巨大的赌注给IBM带来了巨大的回报,奠定了IBM在计算机行业里无可撼动的地位。IBM凭着S360形成了巨大的垄断,因为没有其他的公司能够提供跟S360匹敌的大型计算机。

在很长一段时间里,IBM已经不太像一个商业机构,而是有点像政府机构。我们知道,政府机构是排他的,在一个国家里不可能有两个政府。有人这样描述:“你跟IBM做生意,不像是在跟一个企业打交道,而像是到政府部门去办事。”因为没有哪个厂商能够提供这样的产品,所以IBM在跟用户打交道的时候是不慌不忙的,客户经常会被这样对待:“今天不行,明天再说吧。”“今年我们的产品快卖完了,要不你明年再说吧。”当时IBM的日子好过到有自己的交响乐团,有自己的美术馆,它们收购了大量的世界名画。如果给当时的IBM画一张图像的话,那一定是一个大腹便便的胖子,没有人能够撼动它。但就是在这样一种养尊处优的状态当中,IBM几乎完全丧失了活力。

IBM的前CEO郭士纳在他的回忆录里说,他最初是作为IBM的客户跟IBM打交道的,到了IBM以后,他发现自己好像是到了南太平洋上的某一个岛上,发现了各种各样他不认识的物种,他说那个企业的人特别不像是做生意的,是一种让他觉得很吃惊的、觉得大开眼界的商业物种。当然这种长期的肥胖肯定会导致各种各样的疾病,到1992年的时候,IBM的危机全面爆发,差一点就倒闭。

华为的厚积薄发

任正非说到华为的时候,他经常会提到一个词,花钱。

他要尽可能地花钱。为什么要花钱,而且要大把大把地花钱呢?原因是他觉得,看到那么多钱的时候,他害怕。后来了解了耗散结构理论以后,他就更加意识到,大把的银子放在企业里头,一定会出问题的。

我们看到一些数字的时候非常吃惊,比如说华为在研发上已经花掉了2400亿元,这个数字对中国很多企业来说都是一个天文数字,是一个让人匪夷所思的数字。但华为就这样把它花掉了。不知道怎么花的钱是不祥之物,一定要把它给花掉。

另一方面,华为又是一个特别抠的企业,华为的口号是“以客户为中心,以奋斗者为本,长期坚持,艰苦奋斗”。大把花钱还艰苦奋斗,是指厚积薄发。大把花钱就是将钱变成能力,有些能力连他们自己都不知道有什么用,但是他们知道,不是钱到用时方恨少,而是能力到用时方恨少。厚积而薄发,不是不愿意发,而是机会其实很少,或者说让你发挥能力的机会是很少的,一旦遇到这样的机会,你厚厚积累起来的能力就能够派上用场了。

厚积薄发其实就是打造并且运行一个耗散结构。

这样的耗散结构能建立一个开放的永动机。这话听起来是矛盾的,永动机是封闭的、不需要从外面输入能量就可以自己运行的一架机器。华为意识到那样的机器是不存在的,但是他们希望自己的企业持续地保持一种活力,让自己的企业成为一个高速而且有效运转的机器,那就只有一个办法,打造并且使用一种耗散结构,或者说在自己的企业里头形成一种永动机制,一种永续经营的机制。

做企业要警惕舒适

企业创业的时候,常常会遭遇没钱的困惑,一个是没有人来投资,第二个是有人来投资了,你的财源滚滚,但是客户的钱你没有赚到。现在很多的独角兽企业,不过就是从投资人那里获得滚滚的财源,而从客户那里盈利的钱如涓涓细流,甚至连细流都没有,这当然是一种不健康的状态。有朝一日,企业不再需要外在的输血,自己能够创造巨额的利润,这当然是一个巨大的好消息。但它同时也是坏消息,因为挣钱难,花钱更难。

大家看看自己的身材,搞到东西吃,难;吃了东西以后不发胖,更难。现在全人类都进入到一种集体焦虑,不为吃不饱肚子而着急,而是为吃得太饱而着急。原因其实就是我们的身体没有建立一种有效的耗散机制。

做企业就是一场苦役,经营一个企业,遵守一个定律,这个定律是我自己发明的,叫“麻烦守恒定律”,一个麻烦解决了,新的麻烦就出来。当一个魂牵梦萦的目标达到以后,一定要留意坏消息会接踵而至,甚至坏消息就像特洛伊木马一样,早已经隐藏在好消息里头了。

《易经》里有一句话,“君子终日乾乾,夕惕若厉,无咎”。它的意思就是,君子应该自强不息,但是自强不息会有一个结果,就是赢得一个丰盛的场面。面对丰盛的场面的时候,还要自强不息,所以叫“乾乾”,不仅要“乾”,而且要“乾乾”。面对丰盛的场面,还要自强不息,不是说好上加好,而是要对这个好有一种警惕,所以叫“夕惕若厉”。当一个丰盛的场面出现的时候,你的头脑当中要出现一个狰狞的怪兽的形象,对它要保持高度警惕,这样才能避免灾祸。

我记得2015年谷歌公司改名叫Alphabet公司(谷歌母公司)的时候,它们发了一个公告,这个公告里有一句脏话,说的是,企业的成功会让企业陷入一种“fucking comfort”(去他的舒适),我觉得这个词很深刻,我觉得如果一个公司从艰难创业的阶段进入到一个相对繁荣的阶段时,老板应该在自己的办公室挂上这两个单词——fucking comfort,面对fucking comfort,面对这个梦寐以求的舒服,你要有一种谷歌式的清醒,要学会拆解自己,耗散自己,把企业已有的资源,那些像丰厚的脂肪一样的资源耗散掉。

华为能否走出战略无人区

周掌柜

大家是否有这样的感知:国内对于华为的看法大部分都是充满民族主义的,将其看成国家和民族成就的一部分。不过,坦率地说,对于近200年来一直渴望工业化和现代化的中国,我们完全抛开这种自我认知的情绪也不现实。

从客观的角度分析,我们看华为的视角可能不自觉地产生两个盲点:第一个是更关注它应该为国家创造的贡献,却忽略了它作为一家世界级企业应该承载的全人类发展的使命;第二个是过高地评价其成功,却忽视了推动其成就的时代性和国际化竞争带来的必然性市场选择。

这两点已经成了华为的战略负担。

在2016年5月底召开的全国科技创新大会上,任正非在《以创新为核心竞争力,为祖国百年科技振兴而奋斗》的讲话中提出:“随着逐步逼近香农定理、摩尔定律的极限,面对大流量、低时延的理论还未创造出来,华为已感到迷茫,找不到方向,华为已前进在迷航中。重大创新是无人区的生存法则,没有理论突破,没有技术突破,没有大量的技术积累,是不可能产生爆发性创新的。”

讲话中,任正非的两个判断振聋发聩,第一个就是华为创新进入了无人区;第二个是我们对智能时代认知不足。作为中国最优秀的企业家之一,此刻,他内心最大的恐惧或许是远离人群和无法准确定义竞争对手,而孤独可能导致误判一个崭新的时代。

本文中我们将从更宏观的视角感知华为,感知这个世界性巨头面临的战略挑战,感知新时代对商业环境的塑造和推动,希望我们能建设性地和华为一起思考新理论、新战略、新梦想。总之,我试图和大家一起呈现和理解华为复杂布局、复杂战略背后的大逻辑和大趋势,我们以追问而非挑战的姿态融入其中。

战略:华为如何领航人机智能?

这是一个非常直接的问题,也是一个系统性的追问。

大背景是:从Alphabet、亚马逊、苹果、脸书、IBM、微软等世界顶尖巨头,甚至BAT的最新战略来看,人机智能时代势不可挡,已经不需要讨论。但这个问题本来应该最先问互联网公司,此刻,任正非提出这个问题,这本身就意味着华为在做前瞻性战略思考,并在创新维度对标谷歌。

回答这个抽象的问题之前,我们先总结一下华为在过去近30年的成功要素。大体上我们可以概括为五点:第一点是香农定理和摩尔定律支撑的清晰战略路径和可持续战略预期;第二点是过去十几年全球通信行业作为IT和互联网的底层基础设施出现爆发式增长,拥有需求驱动的时代红利;第三点是军事化思想支撑的全球化执行力;第四点是制度设计优势支撑的人才创造力;第五点是研发驱动的战略红利以及技术溢价。画龙点睛之笔也包括通信行业颠覆式模式SingleRAN和分布式基站等创新。

上述分析如果概括起来,我们可以客观地总结为:华为的成功具备时代性,且依附于时代,华为虽然超越了大部分中国企业的高度,但依然是商业轨道上可以预知的成功。华为的属性是商业领域中一家通过产品和服务成功的公司,但并不具备领先者的开创性基因。这个认知很重要,这可以让我们像任正非自己一样,打破对成功的盲目崇拜,进而理性地思考和推理,识别未来潜在的风险。

对于华为的成功要素,我们可以总结的是:华为的成就和中国的全球化红利高度捆绑,和时代趋势高度捆绑。华为目前的两大推动力,第一依然应该是中国在全球化中的核心驱动甚至主导地位,由此推动全球大规模的通信基础设施投资;第二应该是把握新时代新红利,抓住了消费电子时代的全新需求。

但硬币的另一面也很清晰,基于战略成就可能出现的战略挑战是:其一,国际市场环境有可能伴随着中国的复杂国际关系大环境的变化发生逆转,这一点已经从美国对华为的商业限制展露端倪;其二,信息时代周期性带来的发展动力下降,这里面包括香农定理和摩尔定律瓶颈的问题;其三,智能时代对组织再造的重大挑战,工业化和信息化时期快速成长起来的华为可能面临着人员过剩的问题,目前这个挑战还不明显,但应该是不远处的真问题。可见,华为在人机智能时代到来的时刻,本身已经走到了发展的十字路口。如图1所示,我们看到华为目前的战略是双支点排布的。

图1 华为“围棋”战略矩阵

如果华为战略性地弥补图1展现出的天花板和基础的瓶颈,其战略就不应该仅仅是补足的问题,而应该是全面过渡到智能时代的“智能金字塔生态”战略,这是一个不小的颠覆。如图2所示:

华为的战略目前依然在迭代中,并且具有明显的战略盲点,或者说是“战略弱点”。如果华为不能有效地建立更加立体的战略模型,可预见的瓶颈应该会出现在两个时间窗口,第一个是全球销量超越苹果之后,在维护整体生态竞争力上华为将面临巨大挑战;第二个是总体信息时代计算能力进一步进入瓶颈(也就是任正非所言的摩尔定律、香农定理临界点)之后,华为目前的战略将进一步走上巅峰,但眼前的景象将

从“战略无人区”变为“战略悬崖”。

图2 “智能金字塔生态”战略矩阵

理论:华为如何先知于时代?

从战略布局的角度,我们看到了华为的荣耀与挑战,而下面将从更深层次的中国“智”造角度进入理论层面的思考。

任正非提到的“香农定理、摩尔定律走到瓶颈”“无人区理论创新”对大部分人来说是非常陌生的,但对此的深刻理解应该比战略矩阵更加接近问题的实质。从最通俗的角度解释这两个定律,香农定理描述的是通信行业的信息传播效率和带宽的关系,摩尔定律从制造业的角度描述硅片计算能力发展的普遍性规律。

经过接近半个世纪的飞速发展,世界范围内无论是通信网络还是计算机设备都获得了快速的普及,这些都有赖于香农定理和摩尔定律所描述的市场空间和客观进化规律。像英特尔、华为、戴尔、联想这样的IT和通信业巨头实际上都是在香农定理和摩尔定律的红利期获得了快速的发展。

而这个红利期的瓶颈就出现在最近几年,一方面从集成电路的角度,单核芯片所带来的计算能力提高已经不能对用户需求给予最高性价比的满足,这时候双核芯片出现,也是摩尔定律接近极限的一个重要信号。而通信领域,3G之后,应该说大部分的通信需求都得到了满足,4G、5G的技术和设备的迭代失去了短缺和瓶颈主导的动力支持,变得没有那么急迫和必要,香农定理走到临界点让通信设备迭代的动力严重下降。

任正非所说的“理论无人区”实际上就是描述了以上的客观状态。

实际上,人机智能时代的趋势定律已经从计算和通信能力瓶颈的描述升级为更大系统的逻辑推演。所以从这个角度看,任正非在全球科技创新大会上提到的“大流量、低延时”的下一代理论的方向性预判有可能是一个战略误判,从商业的角度,他提出的两个技术趋势可能根本不具备大规模应用的价值,因为这依然是延续香农定理和摩尔定律的惯性。逻辑上,新时代的指导理论应该是完全颠覆的,市场对华为“刚性增长”的需求大概率会进入到“柔性服务”阶段。所谓“柔性服务”就是为运营商和通信行业开创一套基于应用需求的开放服务平台,是华为目前对“大T”服务支撑的升级版,形象地说就是为运营商插上“互联网”和“智能”两个翅膀。

总体上看,我们需要引入热力学的“熵”的概念、信息论“认知盈余”的概念,以及智能论“中央智能、分布式智能、智能资产”(周掌柜团队提出)的系统概念来理解下一个时代的理论趋势。智能时代影响商业理论创新的方向包括图3的4个基本方向。

关于中央智能的“需求引力定律”:该定律提出的背景是以信息不对称为核心的个体决策将因为中央智能的出现产生价值趋同化判断。缺少人工智能的公司将出现组织官僚化和产品线复杂化。定律是,需求通过中央智能的汇聚,拥有了引力属性,带有智能的大数据将帮助高智能公

司重新定义商业需求。

图3 信息熵周期性定律

关于分布式智能的“社群能量定律”:该定律提出的背景是社群在智能时代将成为带有分布式主题计算能力的社会化结构,与社群能量的赋能关系将决定公司价值潜力。定律是,相对论E=MC²的模型可以类比描述社群的能量,社群M即质量取决于所有人的节点计算能力叠加;C即传播方式也是赋能效率,赋能效率平方决定社群能量。逻辑上比较接近于“边缘计算”。

关于智能资产的“智能资产定律”:该定律提出的背景是单核到多核再到分布式计算说明了计算效率的价值在下降,从熵增熵减的周期性预测,将推论出计算能力和智能资产的周期性转换。定律是,在计算能力增长带来的平均商业收益低于市场平均回报(8%左右)的时候,“资产系统”将通过降低“生产力”为“需求系统”提供高性价比产品和服务。计算能力将由此智能资产化,放在手机业务看,就是“云手机”去化功能,强化个体智能资产的端智能沉淀。关于熵的“信息盈余定律”:该定律提出的背景是数字化基础计算能力实际上推动了信息熵增的过程,自身有序让信息海量且无序,而人工智能则是熵减过程让无序变有序。定律是,计算能力推动海量信息的无序化产生之后,将迎来智能化推动的有序化进程,计算能力由此边际商业价值递减,计算能力投资呈现周期性特征。

以上四个定律的研究方向可能完全颠覆在“信息时代”我们对于商业大逻辑的认知,特别是对于商业价值的认知。如果在智能时代“智能资产”成为公司价值的核心承载工具,显然华为目前的通信能力和计算能力与现在的中国移动一样,将堕落到最底层的价值虚无状态,这是华为最大的战略性风险,而且正在发生。逆转这个挑战的钥匙正是上文我们分析过的华为的“内容应用”和“数据智能”两个战略盲点。

而“信息盈余”的概念,是在描述智能时代的核心驱动力,这和《认知盈余》这本书中提到的社会化能力的盈余逻辑是一样的,智能时代信息静态泛滥且盈余,换一个角度看,这正是智能时代伟大公司的核心驱动力。对“信息盈余”和“信息熵周期性定律”的理解客观上决定了华为在下一个时代是否会成为一家伟大的公司。

图4 商业环境大生态总览

智能时代的商业大生态逻辑更加验证了图4中的“大生态要素”,由此看,华为下一步迭代的推动力应该是:战略生态化——以生态的思想解决静态的绩效文化和组织力矩阵,推动社会化协作;需求价值观化(消费场景驱动)—— 超越有形的刚性需求,从人群的价值观需求场景出发,以满足人类精神和思想世界的抽象需求为新引擎;生产力共享化(开放平台)——打破单一创造生产力提高的路径依赖,为推动生产关系的有效性推动生产力的共享化优化;资产智能化——把专利等知识沉淀系统升级为围绕最终用户生活场景的智能场景,将智能资产作为公司的全新价值内核。如此,华为的领导力、商业模型和技术路线才能跟进发生迭代以迎接全新的时代。如图5所示,华为的生态将围绕组织需求重构,这也是一个重大的理论创新。

图5 生态型企业构建要素

而从目前的华为战略来看,在“战略无人区”里主要的思维依然是执行力“刚性发展”的技术突破,也就是更快速地挑战香农定理、摩尔定律的极限,智能资产化的短板尤其明显,生态化的思维并没有得到完全的确立,“柔性服务”价值贡献率很低。按照现在的趋势发展下去,乐观估计在3~5年华为走到历史性鼎盛时期之后,华为在消费电子领域超过苹果,在通信领域成为世界第一,在企业级服务领域达到500亿美元左右的规模,但彼时,华为战略回旋余地会非常小,衰落将是必然结果。

而悲观的估计是,在未来3年内,华为将陷入香农定理、摩尔定律魔咒般的毁灭链条:第一波战略性盛极而衰的是过剩计算能力的创造者戴尔、联想、惠普;第二波盛极而衰的将是计算能力的广义提供者英特尔、高通和AMD;第三波将会是华为这样的通信系统巨头。而最后的胜出者是基本不被香农定理、摩尔定律魔咒影响的、更早进入智能时代的Alphabet、亚马逊这样的公司。换句话说,如果华为致力于完成1000亿美元销售额的目标并可持续发展,真正对标的巨人应该是Alphabet和亚马逊。

回到全球科技创新大会上任正非的表态,由此看来确实是肺腑之言,也真诚坦白。中国商业乃至世界商业历史交给华为的全新使命已经不仅仅是创造商业价值,更包括参与缔造“智能文明”。

是的,从信息论的角度看,“文明就是一种在混沌中自发生产知识的能力”,从智能论的角度看,“文明是人类信息和自然信息内化及外化的双向沉淀过程”,生产产品的华为向生产智能的华为的跨越,从“刚性发展”到“柔性服务”的转变,何其雄伟,但又何其具有挑战性?!

组织:华为军团如何形成生态型协作?

前文从实践到理论剖析了华为进入“战略无人区”的挑战,其实背后还有一个不可忽略的因素就是,华为的“铠甲军团”面临新时代、新使命的挑战,这也是整个华为战略系统的核心不确定性因素。这个时代华为面临的最主要挑战将是——人才过剩。

说到底,如果锁定智能战略,华为的组织需要经过智能化的阵痛,并接受全新的生态服务战略洗礼(智能时代的高度智能中心特点,驱动大型公司进行生态化、开放平台化、服务化布局)。这个过程对于普通公司而言可能是个性解放的、华丽的和多彩的,但是对全球拥有17万员工的华为而言可能意味着阵痛,甚至壮士断腕。

与金戈铁马的时代比,未来的华为应该更加虚怀若谷,更加追求多元文明,应该为人类的生活贡献更多的创造力和惊喜。

(原文于2016年6月14日发表于英国《金融时报》中文网)

任正非提了二十几次的“熵”究竟是什么

马蹄山厂妹(马春皎)

2017年9月份,华为总裁办发布了《华为之熵,光明之矢》的公司学习邮件,该文系统阐述了任总思想中的“熵减”理论。华为大学、华为内部论坛也纷纷就此概念进行了各种热烈的解读和讨论,华为大学的内部线上课程还专门设立了“熵减”一课。

实际上,“华为之熵”这个概念并不是2017年才提出的,早在2012年华为公司的内部讲话《任总与2012实验室座谈会纪要》中,任总就提出了“熵”这个概念。厂妹粗略统计了一下,从2012年起,任总陆续在7篇文章和讲话中提到了“熵”这个概念。

这是一个非常有意思的话题,华为将热力学理论引入到公司治理系统,作为公司运作和管理的一个独特理论。任总为什么如此重视“熵”这个概念?经过一番学习,厂妹也想谈谈自己的看法。究竟什么是华为之熵?华为靠什么来熵减?

任总曾经在2015年的“花园谈话”中描述过一个场景:封闭系统内部的热量一定是从高温流到低温,水一定从高处流到低处,水流到低处不能再回流,那是零降雨量,那么这个世界全部成为超级沙漠,最后生命就会死亡,这就是热力学提到的“熵死”。

什么是熵?厂妹这个文科生的理解如下:

• 热力学第一定律是指世界上所有能量都是守恒的,能量是可以转化的,例如,水从高处流到低处,也就是势能转化成了动能。

• 但是能量在转化的过程中,一定会有一些不能利用的能量,也就是耗散。也就是说,能量= 有效能量+ 无效能量。这里的无效能量,其实就是熵。

• 由此,就引出了热力学第二定律,也叫作“熵增定律”——封闭系统的熵是一直增加的。也就是说,无效的能量一直在增加,如果不增加有效能量,那么最终系统就会熵死。

尽管这是一个物理学的概念,但是它同样具有社会学的意义。小到一株草,大到一个社会,其实都可以用熵这个概念来解释。一个人,如果不吃不喝也不动,很快会走向死亡。一个企业,如果不能持续创新和进步,很快就会被淘汰,最终走向灭亡。

回到我们一开始的问题,为什么任总要反复提到“熵”这个概念呢?

我的理解是,在这个物理学的概念里,既隐藏着企业最终的发展趋势— —熵死,也同样隐藏了熵的解药。

还是以水为例子,水必定是从高处流到低处,其实就是熵增,最终成为一潭死水,也就是熵死。但是地球上的水并未成为一潭死水,水其实每天都在流动,是因为地球并非一个封闭的系统,因为太阳这个外部系统的存在,水得以蒸发(熵减),从而实现整个水系统的循环流动。

这个例子给我们的启示是什么呢?我认为有两个,一个是开放,一个是活力。

在华为,就有一个活力引擎模型(见本书第9页图1),这是任总和华为思想研究院的员工经过多次座谈、修正而成的。这个模型或许就是熵的解药。

这个模型最重要也最基础的一点就是开放。为什么开放是基础?因为热力学第二定律告诉我们,封闭的状态下必然熵死。2012年,任总在与2012实验室的座谈中,第一次公开在内部提到了熵。他说“自主创新就陷入熵死里面,这是一个封闭系统”。所以华为是非常反对封闭的,封闭意味着熵死。

我们看一下华为的活力引擎模型,它上面的入口吸收宇宙能量,下面的出口是扬弃糟粕。模型右边列的是企业和个人的自然走向,是熵增的,是让企业失去发展动力的。模型左边列的是远离平衡和开放的耗散结构,是熵减的。华为这台活力引擎的轴心就是客户,是否为客户创造价值是用来判断有序无序、熵增熵减的标准和方向。

我们可以从宏观和微观两个方面来理解这个模型。

企业宏观层面,把华为视为一个生命整体,要从企业整体运作的战略高度解决熵增。华为选择的方式有两个:厚积薄发和开放合作。

厚积薄发在这个引擎中的作用,可以理解为把财富的厚度转化为发展的高度:就是消耗多余的物质财富,打破平衡静止,避免物质财富过多导致的熵增,另一方面又建立起新的企业发展势能。任总曾经提到过的有:

•32年来朝着一个城墙口进攻。

用范弗里特弹药量进攻(范弗里特弹药量就是指大规模、密集型、压强式地进攻)。

• 华为过去10年3200亿元的研发投入正是“厚积薄发”这一理念的典型体现。开放合作呢?华为从战略到文化,其实都是在遵从一种开放的架构,比如:

一杯咖啡吸收宇宙的能量(知识吸收方面的开放);

炸开人才金字塔(人力资源政策的开放);

要把华为的主航道修得宽到不可想象,什么样的船都能在上面开(华为战略层面的开放);

心声社区就是开放的罗马广场(内部企业文化的开放,坦率面对批评和自我批评);

要用美国砖、欧洲砖来造我们的万里长城(在技术、研发、流程方面的开放纳新,不一味追求自主创新);

再看个人的微观层面。微观层面就是人,华为希望从人力资源管理角度,探索如何激发生命的活力,激发员工的活力,解决人的惰怠和熵增,从而产生华为发展的力量。

用一句话来总结,熵减的目的就是“每个人在最佳时间,以最佳角色,做出最佳贡献”。结合任总最近的一些讲话,熵减包括炸开人才金字塔,破格提拔,向满广志、向坤山学习,激发人的正能量,用合理的价值分配来撬动价值创造,吐故纳新,淘汰倦怠员工,等等。

用任总的话来说:“战略预备队循环流动是熵减,干部增加实践知识是熵减,破格提拔干部也是熵减,合理的年龄退休也是熵减……”

平静的水面,如果不引入任何外部的力量,那么它最终会成为一潭死水,但是水面上层层的涟漪告诉我们,外部的系统,可能是一颗石子,也可能是天空中的雨滴,打破了这种平静,带来了生命的活力。

这就是熵带给我们的意义。

“问渠那得清如许,为有源头活水来。”

(作者马春皎,笔名马蹄山厂妹)

图书在版编目(CIP)数据

熵减:华为活力之源 / 华为大学编著. -- 北京:中信出版社,2019.8

ISBN 978-7-5217-0734-2

Ⅰ. ①熵… Ⅱ. ①华… Ⅲ. ①通信企业-企业管理-经验-深圳 Ⅳ. ①F632.765.3

中国版本图书馆CIP数据核字(2019)第111973号

熵减:华为活力之源

编著:华为大学

出版发行:中信出版集团股份有限公司

(北京市朝阳区惠新东街甲4号富盛大厦2座 邮编100029)

字数:180千字

版次:2019年8月第1版

广告经营许可证:京朝工商广字第8087号

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