1、1867年克劳修斯曾表述这样的思想“宇宙的能永远守恒,宇宙的熵永远增大”,“宇宙的熵处于极大,进一步变化的能力就越小,如果最后达到极限状态,那就任何进一步的变化都不会发生了,这个宇宙将进入一个死寂的,永恒的状态”克劳修斯的表述便是“热寂说”的最初由来。
(资料图)
2、 现在的宇宙学和宇宙发展的客观事实都说明了“热寂说”是错误的,这似乎说明热力学第二定律与宇宙学不相容。
3、 热力学与宇宙学相容的关键之一是宇宙在膨胀。
4、 考虑一种简单情况,在一定空间里有两种物质,比如一种是辐射,一种是粒子。
5、(在高一物理教材的绪言中有这样一段话:在宇宙大爆炸的开初,有的只是极高温的热辐射和其中隐现的高能粒子……)如果两类物质的温度不同,即辐射温度Tr≠粒子温度Tm,显然,按照热力学,经过一段时间后将会是Tr=Tm。
6、可是如果上述空间不断膨胀,结论会完全不同。
7、膨胀会使各类物质的温度降低,一般来说,不同物质的温度随着膨胀而降低的速度不一样。
8、辐射温度随膨胀降低得较慢,而粒子则较快。
9、这就是说,随着宇宙的膨胀,原来温度相同的两种物质会变得不同,即Tr>Tm,产生温度差,有人会说这个温度差不能保持,它们将由辐射和粒子之间的碰撞而消失,最后达到热平衡。
10、 热力学与宇宙学相容关键之二是引力理论。
11、 一箱气体,其中包含许多分子,如果气体分子分布不均匀的,按热力学第二定律演化的结果气体分子分布是均匀的,但是同样是这箱气体,如果气体分子之间的引力作用不可忽略,而且起主导作用,结果将完全不同。
12、假定气体分子的分布开始是均匀的,在没有引力时,这是平衡态,而在引力的主导作用的条件下,均匀分布状态并不是稳定的。
13、因为在某个局域内,由于某分子的杂乱无章的运动会使某个局域的密度会变得稍大一点,则这个局域的引力将会变得更强一些,这就会吸收更多的物质,形成更大的密度,这就是破坏不均匀。
14、 在宇宙范围内引力是主导的,所以哪怕是宇宙开始时是均匀的,无结构的,它也会产生出非均匀的有结构的状态。
15、各种尺度的天体,就是依靠这种非均匀化的过程聚集而成的。
16、从早期的均匀宇宙到现在非均匀宇宙就是这样演化的。
17、 为什么宇宙并不象热死预言那样从复杂到简单,而是由简单到复杂?因为有引力。
18、 为什么宇宙并不象热死预言那样从有序到无序,而是从无序(混乱)到有序(有结构)?因为有引力。
19、 为什么宇宙并不象热死预言那样从非热平衡到热平衡,而是热平衡生成非热平衡?也是因为有引力。
20、 由于引力的存在,热寂说已成为历史的一页,为什么引力有“回天之术”,保证着宇宙的进化?因为至今还没有一个完整的引力理论,所有这些问题尚有待解决。
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