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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 專業(yè)學科區(qū) » 物理 » 理論物理&天文 » 【交流】熱寂說
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twxz木蟲 (正式寫手)
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[交流]
【交流】熱寂說 已有3人參與
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新牛頓宇宙 第三章 微波背景輻射 3.8熱寂說 熱寂說的最初想法是1852年4月19日，開爾文在《愛丁堡皇家學會議事錄》上發(fā)表的《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》一文首先提出。開爾文在文章中指出：“在現(xiàn)今，在物質世界中進行著使機械能散失的普遍趨勢……在將要到來的一個有限時期內，除非采取或將采取某些目前世界上已知的并正在遵循的規(guī)律所不能接受的措施，否則地球必將開始不適合人類像目前這樣居住下去 ”。1867年，德國物理學家克勞修斯在法蘭克福舉行的第41屆德國自然科學家和醫(yī)生代表大會上，提出了熵的概念并把它推廣到整個宇宙，形成宇宙熱寂說。從此為后來的科學界與哲學界留下了一場曠日持久的爭論。 時至今日，熱寂說在國內外仍然有它的市場。例如，今年在ApJ上，澳大利亞國立大學“天文學和天體物理學”研究學院的查斯•伊根博士和查理•萊恩威弗博士合作發(fā)表了一篇他們對 ‘宇宙的熵’進行估算的文章。他們估算的結果是：現(xiàn)在‘宇宙的熵’比之前估算的要多30倍。 在科學網上也時常出現(xiàn)有關‘熵和熱寂說’的爭論文章。郝云龍先生對這個問題收集了大量資料，寫了多篇文章在科學網上發(fā)表。其中有一篇題目為‘熵_克勞修斯熵_對“熱寂說”的科學真相的探索’的文章列舉了許多批評“熱寂說”的理論，我認為其中一些理論是很有道理的。但提出這些理論的學者把這些理論和宇宙大爆炸聯(lián)系起來，我認為這是沒有必要。下面是我根據郝云龍先生在‘熵_克勞修斯熵_對“熱寂說”的科學真相的探索’一文中的那些我認為有道理的理論（把宇宙大爆炸因素去掉以后），來討論熱寂說存在的問題和解決熱寂說疑難的理論要點。 熱平衡的存在對整個熱力學是至關重要的，熱平衡是熱力學的出發(fā)點。在熱力學中考慮熱平衡時，通常是不考慮組成熱力學體系的分子之間的引力相互作用。熱運動使氣體分布均勻，而引力使氣體集中。而對于引力起決定作用的體系，實際上不存在熱力學意義上的熱平衡態(tài)，只存在不穩(wěn)定的狀態(tài)。前蘇聯(lián)物理學家郎道曾指出，由于引力的存在，不穩(wěn)定的引力場永遠不會使系統(tǒng)達到完全平衡。 在引力主導的條件下，均勻分布狀態(tài)并不穩(wěn)定。因為，只要在某個局部區(qū)域內，由于起伏，密度稍高一點，則此區(qū)域的引力會更強，從而吸引更多的物質形成高密度區(qū)，破壞平衡。同理，由于起伏，某區(qū)域的密度低了一點，則引力變弱，就會有更多的物質逃離此區(qū)域形成低密度區(qū)，從而破壞均勻。宇宙中的物質就是依靠這種非均勻化的過程，產生了恒星、星系和星系團等各個層次的成團結構。至于這種不穩(wěn)定狀態(tài)的最初源頭，我們可以用波爾茲曼(L. Boltzmann)的“漲落”理論來解釋。 由于漲落和引力作用，必然導致宇宙中物質分布層次成團結構的存在，宇宙永遠不會進入一個物質和溫度都均勻分布的“死寂”狀態(tài)。英國學者P．柯文尼等1990年在‘時間之箭’一書中也指出：“實際上，熱寂的說法是有問題的，因為它忽視了引力(和黑洞)的作用。如果包括引力，宇宙必定越來越偏離熱寂所想象的物質均勻分布。” 宇宙中物質有兩類，一類是輻射，另一類是粒子，輻射的溫度Tr與粒子的溫度Tm可以不一樣。但按照經典熱力學，經過一段時間達到熱平衡以后，Tr與Tm必定相同。不過由于漲落和引力作用，這樣的熱平衡是永遠達不到的。熱寂說沒有考慮漲落和引力作用，導致了謬誤的熱寂說。而‘微波背景輻射是宇宙大爆炸的遺跡’這個說法則是沒有考慮輻射和粒子物質相互作用的結果。 根據經典熱力學，任何粒子物質體系，只要它的溫度不是達到絕對零度，都要發(fā)出輻射，都要通過輻射發(fā)生相互作用。只有這樣，粒子物質和輻射才能向熱平衡狀態(tài)發(fā)展。而‘微波背景輻射是宇宙大爆炸的遺跡’這個說法完全沒有考慮物質和輻射這個相互作用，認為只要自由電子消失了，輻射和粒子物質就完全‘退耦’，不會再存在相互作用，這也是違反經典熱力學原理的。何況，由于宇宙空間中大量高溫電離氣體的存在，自由電子從未消失，輻射和粒子物質的完全‘退耦’更不可能出現(xiàn)。 ‘微波背景輻射是宇宙大爆炸的遺跡’這個說法實際上是‘熱寂說’的一個變種。根據俞允強教授在‘熱大爆炸宇宙學’中給出的，標準宇宙學模型對暴漲的論述（我認為俞允強教授對暴漲理論并不相信，因此才會在一開始就明確指出（p113）：可惜的是對暴漲本身的實際起因，今天尚沒有肯定的答案），暴漲使宇宙氣體的溫度徒然下降，暴漲后氣體得到了重新加熱，溫度又奇跡般地回到標準宇宙學模型所要求的數(shù)值附近，然后宇宙溫度將繼續(xù)按標準模型的行為下降。所謂‘宇宙溫度將繼續(xù)按標準模型的行為下降’實際上就是宇宙‘溫度’將趨向宇宙熱寂的終點。 按照李淼先生在‘宇宙撕裂，萬物消失’一文中的描述，如果暗能量密度是一個恒量，宇宙將是開放的，宇宙會一直膨脹下去。最后將導出和‘熱寂說’一樣的結論，‘宇宙撕裂，萬物消失’，宇宙物質的分布也要趨向宇宙熱寂的終點。所有這些推論都是在不合理的假設前提下，片面地根據熱力學定律推導出來的錯誤結論。這些也是澳大利亞國立大學“天文學和天體物理學”研究學院的查斯•伊根博士和查理•萊恩威弗博士合作估算宇宙的“熵”的根據和結論。 參考文獻 50 郝云龍熵_克勞修斯熵_對“熱寂說”的科學真相的探索 地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=317488 51 Egan Chas A., Lineweaver Charles H., 2010 ApJ 710 1825 A Larger Estimate of the Entropy of the Universe （新牛頓宇宙 第三章 微波背景輻射 3.8 熱寂說） |
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2樓2010-05-04 17:56:03
wangning9298
木蟲 (正式寫手)
將軍
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3樓2010-05-04 19:36:31
斑點貓
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4樓2010-06-19 13:26:20
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