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熵寂真的是宇宙的必然结局吗?
宇宙,热力学,能量熵寂真的是宇宙的必然结局吗?
发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
回答于 2019-09-11 08:43:50
顺其自然,自然不会迁就你。违背自然规律,挨惩罚的是我们类自己。
回答于 2019-09-11 08:43:50
我认为宇宙和我们所处的自然界有着相同的规律,关于未来发展我倾向于熵增,也就是往无序性方向发展,但无序性发展过程中,还会遇到一些阻力,也许宇宙中存在着几类不同的力量也在相互制衡,共同维持宇宙的动态平衡,但总的方向不会变。
回答于 2019-09-11 08:43:50
答:热寂学说,是基于热力学第二定律的一种宇宙终极命运猜想。
热力学第二定律是热力学的基本定律之一,也称为熵增定律,表述为一个孤立系统的混乱程度只会增加或者保持不变。
热力学第二定律建立后,科学家们发现把热力学第二定律作用于整个宇宙时,整个宇宙的熵会一直增加,宇宙各处的温度会逐渐趋向于平衡,最终宇宙的其他有效能量全部转化为热能,从而达到热寂状态,这是一个相当漫长的过程。
目前在我们宇宙中,其主导作用的天体是恒星,但是恒星的核聚变反应是单向进行的,终有一天最后一颗恒星会因为核聚变材料不足而熄灭,然后宇宙陷入无尽的黑暗之中,黑洞主宰者宇宙的演化,但是黑洞本身也是有寿命的,当黑洞蒸发殆尽之时,就是宇宙的末日。
热寂学说是热力学第二定律的直接推论,但是也有人提出了质疑,热寂学说只单纯地考虑热力学第二定律的影响,然而我们宇宙是处于动态当中(目前是加速膨胀),加上引力作用和量子力学的效应,根本不可能达到平衡态,那么热寂也就不可能达到。
而且根据宇宙大爆炸理论,未来宇宙是有可能从膨胀转化为坍缩的,或许我们宇宙经历了无数次的暴涨和收缩,只是我刚好处于这次膨胀当中而已。
根据现代天文学的观点,我们宇宙的未来,取决于宇宙中暗能量和暗物质的量,暗能量导致宇宙膨胀,暗物质会使物质聚集,这是一个相互制衡的过程,但是目前人类对暗物质和暗能量的了解太少。所以,以人类目前掌握的理论来看,断言宇宙的未来实为太早。
但是热寂学说,确实有一定的理论依据,如果考虑量子力学效应,那么宇宙的未来和质子衰变有关,目前人类理论预言的质子半衰期为10^36年;那么理论上只要时间足够长,质子就会全部衰变掉,宇宙中的所有物质都会被吸入黑洞,然后黑洞通过霍金辐射损失质量,宇宙最终只存在光子和轻子,这也是一种热寂状态。
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回答于 2019-09-11 08:43:50
这一说法的来源
这一说法最早来自于德国物理学家克劳修斯对热力学第一、二定律的推广应用,“宇宙的熵趋于最大”(Clausius,1865),其在宇宙命运方面的推论在科学家这个群体本身之间就没有取得广泛的认同,甚至被认为是错误的。
这里的熵寂指的是宇宙达到一种热力学平衡的状态,也就是系统不再随时间发生变化,时间箭头消失,熵的绝对值达到最大,统计物理中把它叫做系统在此时的微观态数目达到最大或者叫做最可几。注意,热力学所指的热寂或者热死并不是指热没了,宇宙一片冰冷,当然这也属于热寂,而且这可能是宇宙的最终命运(后面我会讲到这个也充满争议),但并非特指热力学热寂。
举个例子,为了便于理解,你可以把一个孤立的盒子里完全扩散开的烟,或孤立的一杯完全混合的牛奶咖啡近似看为热力学熵寂或热寂,虽然它们还具有足够的温度(如果你能想到引力,说明你考虑问题够全面,这个后面再说)。
用热力学第二定律判定宇宙命运,问题出在哪?
1、有限空间:热力学第二定律简单说来:孤立(不是封闭,有很大的区别)系统熵增总是大于0。这一理论的提出源于对热机或者说蒸汽机的研究,空间、压力、温度、熵增、功等参量是其研究的对象,也就是说这一理论是在有限空间中得出的规律,而将这一规律推广到宇宙本身,会缺乏科学根据,因为,宇宙即是空间本身。(当然这一说法在学术界是有争议的,有人认为可以适用,所以只能作为可能的问题之一。)
2、引力:热寂说的错误还在于它只看到了过程中能量耗散的一面,而没有看到与此同时还存在着能量集结和活动起来的另一面。这其中就包括引力的作用,大量的学术文章就专门论述过这个因素,而这可能是让热寂说存在问题的最重要的原因。
现实中我们看到,引力让第一代恒星的余烬重新聚集而再次成为能量和物质之源。1984年,南鱼座阿尔法周围也曾发现了新的行星系统正在集结形成的证据。美国著名物理学家费尔奇教授(1980年诺奖得主)曾说:我们从地球上望出去,能看到一个非常有秩序的宇宙,倘若它的熵永远增加,宇宙怎么会是这个样子呢?
上图中,0.1千克重的小球在地面的热力学几率是10米高处的2.4*10的21次方倍,所以小球自发从低处到达高处的几率是其倒数(微乎其微),低处的熵比10米高处的熵更高,其中就包括了引力热能的因素。
填前面的一个坑,引力,因为引力,产生了恒星,行星及宇宙万物,你可能会误解这一现象,认为这是熵减的现象,为什么?因为你把熵增与无序等价了(是不是听过了太多沙堡的鸡汤),事实上这是错误的,这种星体的集聚过程是力学平衡和热平衡的结果,其中释放了引力势能,导致热能的增加,这一过程必有熵的增加,当有引力作用时, 气体从均匀走向结团依然是熵增加过程,
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