任何物質都有本質，或稱作「物性」，如水的沸點、溶解度，銅的硬度、導電度、熱膨脹係數等。一般而言，這些物性的值受環境的溫度與壓力的影響而有變化，比如水在地面一大氣壓下的沸點為100 ^oC，但在山上，壓力小於一大氣壓，沸點就小於100 ^oC，故在高山上92 ^oC的水可能就煮開了。其中有一個物性叫作「熵」，又稱作「亂度」，是熱力學第二定律中用以判斷事物變化的方向與達到平衡時的量。

先簡單的作說明，「亂度」就是混亂的程度。事物整齊不亂，熵值就小；事物愈混亂，則熵值愈大。例如，夏天的湖水較冬天結冰的湖混亂(直覺上，水會流動，冰不動)，故熵值較大；氣體較液體的分子間距離更大，流動性更佳，故依序氣體的亂度＞液體的亂度＞固體的亂度。又如，1公斤的水與0.2公斤的糖混合成1.2公斤的糖水，較原來一公斤的水與0.2公斤的糖混亂，故通常兩個事物混合後的熵值變大。

接著說第二定律，若以符號S表示某物質或某系統的「熵」值，則熱力學第二定律說，「熵」值的變化「大於或等於」傳入某物質或系統的熱量Q除以絕對溫度 T (≒ ^oC + 273)，即： 

                    ΔS = S後－S前 ≧ Q / T   …… (公式2a)

         或       S後 ≧ S前 + Q / T              …… (公式2b)

若變化的過程為可逆的(reversible)，則(公式2)的等號就成立(為守恆式)，若變化的過程為不可逆的(irreversible)，則(公式2)的不等號就成立(為不守恆式)。上式適用於Q＞0 (吸熱)，Q＜0 (放熱或冷卻)，及Q = 0 (絕熱)的情況。

可逆就是可反向回到初始狀態，事物與外界皆無改變的意思。置於真空中的單擺，若支撐點無摩擦力，則可無止境的來回擺動，就是一個可逆的過程。不可逆就是不可反向的意思，登山、舉重、推車等要出力作功，登山後下山雖然回到原地，但已出汗、出力，對周圍釋出熱量，因此都是一個不可逆的過程。又如將糖到入水中，糖會自然慢慢的溶解成為糖水，但已無法在自然的過程下自糖水中分離糖了，故混合是一個不可逆的過程。此外，物件運動中在接觸面產生的摩擦，輪胎的洩氣、沖氣(突然膨脹、壓縮)，有溫差的熱交換(如冷暖氣、冰箱、烤爐)、燃燒等，日常生活中的許多事情，都有不可逆因素促使變化的進行為一不可逆的過程。

熱力學第二定律中的不等式「大於」(不得小於)就限制了事物變化的方向性，並產生非常重要的結果，說明如下。 

熱力學第二定律(公式2)適用於單一物質或系統，但如何應用在多個物質或複合式的全體系統？例如，冰箱內的東西受冷卻(Q＜0)，「熵」或「亂度」會降低，但冰箱排出的熱量卻使廚房或室外的大氣加熱(Q＞ 0)，「熵」或「亂度」會增加。這裡，冰箱或室外大氣不僅皆須滿足(公式2)，而其合成的全體「熵」或「亂度」的淨變化量尚須滿足：

ΔS全體淨變化 = ΔS系統 +ΔS周圍 ≧ 0   …… (公式3)

這就是熱力學第二定律所產生的一個非常重要的結果，稱作「熵增加原理」，仍同前，不等式用在不可逆過程。以上例言，冰箱就是系統，室外大氣就是周圍，全體就相當於全部環境。

「熵增加原理」指出以「全體」的角度看，事物變化的唯一方式是全體「熵」值的淨變化量(系統的＋周圍的)必須恆增加，是單向性的；理想化的可逆過程，即系統和周圍都回到原來的狀態，是不可能存在的。

要注意，此處的“全體環境”是指一個沒有與外界環境交互作用的系統，就相當於一個隔離的(isolated)系統，因此「熵增加原理」又常以下列公式表示：

ΔS隔離系統≧ 0    …… (公式4)

即在一隔離系統中事物的變化過程，必須是使得此隔離系統「熵」值的淨變化量恆增加。

那些是隔離的系統？一個密封絕熱良好的熱水瓶或冰塊桶，在不長的時間，其與外界熱量的交換微小可忽略，可視為一隔離系統。地球是隔離系統嗎？大氣層外是無垠的太空與無數的星球，太陽的短波照射，是地球最重要的熱能來源，地面的長波輻射，將熱量射到太空，還有月球、隕石等等的影響，故地球不是一個隔離系統。但「宇宙」是想像中最大的太空星際集合體，再也沒有外界，因此是一個隔離系統。根據「熵增加原理」，宇宙的「熵」或「亂度」恆呈單向的增加，此與宇宙不停的膨脹理論是相符的。

小結：不只要看「各別」的事物變化，還要看「全體」環境的變化。 

先從「各別」看，熱力學第二定律中的“大於”限制了各別事物變化的方向。例如，Q＞0 (吸熱)，如煮咖啡、全球溫升，物質或系統的溫度會上升，「熵」或「亂度」會增加。反之，若Q＜0 (放熱或冷卻)，例如室內開冷氣、全球溫度下降或進入冰河期，物質或系統的溫度會下降，「熵」或「亂度」會減少。理論上，當溫度冷卻至絕對零度時，任何東西的「熵」或「亂度」皆為零，亦即凍到整齊化一，沒有一絲亂度可言了。

在自然狀況下，水向低處流，熱量由高溫傳到低溫，物質由高濃度傳到低濃度(如香味四逸)，都是具有方向性的，這些事情若無外力的作用，是無法逆向的。生命由單細胞進化到多細胞，再進化到今天複雜的物種，也是不可逆的過程。

再從「全體」的「熵增加原理」看，全體「熵」值的淨變化量必須恆增加，是單向的，當然其內各別事物的變化仍須滿足熱力學第二定律。

以上也顯示出「熵」和「時間」有不同處，也有相同處。相異處是，因為各別事物或系統的「熵」值有時可增加(如受熱或不可逆)，有時可減少(如冷卻或不可逆)，有時又是不變的(如絕熱或可逆)。而時間總是單向不停的、不可逆的走下去，是無法用任何外力倒回的，即便是上帝之手也無法使時間停止，那怕是暫停百萬分之一秒也不能，正是：「逝者如斯，不捨晝夜。」但時間與「熵增加原理」的單向特性是相同的。

世上有許多「各別」的事情就如同時間一樣是單向的。比方說金屬礦物、煤礦、油田的開採使用，使得其於地下的存量日益減少，就是單向的。又如，從「生、死」的觀點看，一個生命自誕生的剎那起，就走向死亡的墳墓，也是單向的。但一個生命的消失，並非該物種的消失，因為在該生命消失前，多半已繁衍了下一代，如此生生不息，該物種得以延續不斷。蔣公有句名言：「生活的目的在增進人類全體之生活，生命的意義在創造宇宙繼起的生命」。再者，物種的多樣性，象徵著一個正常、健康的地球生態環境，表示適合多樣化生命的平衡狀態；反之，若不同物種接續面臨消失的危機，就顯示地球某些微妙的平衡狀態已遭破壞。

下回將繼續談不可逆因素恆使事物的「熵」或「亂度」呈單向性的增加及其產生的影響。