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twxz木蟲 (正式寫手)
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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(zhì)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(nèi),除非采取或?qū)⒉扇∧承┠壳笆澜缟弦阎牟⒄谧裱囊?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(nèi)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(jié)果是:現(xiàn)在‘宇宙的熵’比之前估算的要多30倍。 在科學網(wǎng)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(wǎng)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(jù)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(nèi),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(zhì)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?nèi),就會有更多的物質(zhì)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(zhì)就是依靠這種非均勻化的過程,產(chǎn)生了恒星、星系和星系團等各個層次的成團結(jié)構(gòu)。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(zhì)分布層次成團結(jié)構(gòu)的存在,宇宙永遠不會進入一個物質(zhì)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(zhì)均勻分布! 宇宙中物質(zhì)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(jīng)典熱力學,經(jīng)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(zhì)相互作用的結(jié)果。 根據(jù)經(jīng)典熱力學,任何粒子物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)就完全‘退耦’,不會再存在相互作用,這也是違反經(jīng)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(zhì)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(jù)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(jié)論,‘宇宙撕裂,萬物消失’,宇宙物質(zhì)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(jù)熱力學定律推導出來的錯誤結(jié)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(jù)和結(jié)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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將軍

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