你對熱寂說的看法是什麼?你認為宇宙沒有出現熱寂狀態的原因是什麼

時間 2022-02-24 10:50:10

1樓:匿名使用者

任何物理定律都僅在滿足一定條件才能成立。如牛頓力學僅在巨集觀、低速、弱引力場(平直空間)、可積系統條件下成立。超出這個範圍將被量子力學、相對論、混沌所取代。

熵增原理顯然也有自己的適用範圍。

從熵增原理到"熱寂說"的推理存在許多不嚴格的地方,正是由於這些不嚴格致使我們無法明確地判斷"熱寂說"是否成立。也就是說,雖然不能推翻「熱寂說」,但其自身的推理也不足以令人信服。

宇宙沒有出現熱寂狀態的原因,或許是因為引力,「對於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,而是不穩定的狀態」。

只要有自引力體系存在,原則上就不存在穩定的熱平衡,而宇宙間的天體或天體系統大多數正是這種自引力系統。儘管自引力系統中熵是增加的,但由於沒有熱平衡,因而熵的增加是無止境的,永遠都沒有極大值。

大**宇宙理論也表明宇宙是偏離平衡態的。

這種現象在靜態宇宙模型中是不可能發生的。

2樓:左老師講物理

熱寂說還沒有結論,被爭論一百多年了,仍然沒有結論。宇宙沒有出現熱寂可能有兩方面原因,乙個是熱寂說是錯誤的,壓根沒有什麼熱寂,當然就不會出現,另乙個是宇宙還沒有發展到熱寂的那一步。現在的宇宙並不是宇宙的最終狀態。

宇宙大**理論從乙個層面反映了引力在系統中的作用,說明了熱寂說的不嚴謹之處,但是宇宙大**理論所預言的宇宙結局並不比熱寂說好。根據宇宙大**理論,宇宙要麼無限膨脹,要麼膨脹到一定程度開始收縮。無限膨脹的結局是,整個宇宙一片冰冷,自然沒有生命。

收縮的結局是回到乙個奇點,宇宙毀滅。

3樓:匿名使用者

我覺得應該是沒有出現「引力平衡」的原因。引力的不平衡是構造現在宇宙狀態的根本原因!或許存在過平衡也說不定如果有的話,應該在奇點狀態的時候,因為這時引力「單一存在」,相對於奇點外部不存在其他引力源,奇點內有可能是引力平衡狀態!

什麼是熱寂說?熱寂說是對還是錯?

4樓:斐鴻志

2023年克勞修斯曾表述這樣的思想「宇宙的能永遠守恆,宇宙的熵永遠增大」,「宇宙的熵處於極大,進一步變化的能力就越小,如果最後達到極限狀態,那就任何進一步的變化都不會發生了,這個宇宙將進入乙個死寂的,永恆的狀態」克勞修斯的表述便是「熱寂說」的最初由來。

現在的宇宙學和宇宙發展的客觀事實都說明了「熱寂說」是錯誤的,這似乎說明熱力學第二定律與宇宙學不相容。

熱力學與宇宙學相容的關鍵之一是宇宙在膨脹。

考慮一種簡單情況,在一定空間裡有兩種物質,比如一種是輻射,一種是粒子。(在高一物理教材的緒言中有這樣一段話:在宇宙大**的開初,有的只是極高溫的熱輻射和其中隱現的高能粒子……)如果兩類物質的溫度不同,即輻射溫度tr≠粒子溫度tm,顯然,按照熱力學,經過一段時間後將會是tr=tm。

可是如果上述空間不斷膨脹,結論會完全不同。膨脹會使各類物質的溫度降低,一般來說,不同物質的溫度隨著膨脹而降低的速度不一樣。輻射溫度隨膨脹降低得較慢,而粒子則較快。

這就是說,隨著宇宙的膨脹,原來溫度相同的兩種物質會變得不同,即tr>tm,產生溫度差,有人會說這個溫度差不能保持,它們將由輻射和粒子之間的碰撞而消失,最後達到熱平衡。

熱力學與宇宙學相容關鍵之二是引力理論。

一箱氣體,其中包含許多分子,如果氣體分子分布不均勻的,按熱力學第二定律演化的結果氣體分子分布是均勻的,但是同樣是這箱氣體,如果氣體分子之間的引力作用不可忽略,而且起主導作用,結果將完全不同。假定氣體分子的分布開始是均勻的,在沒有引力時,這是平衡態,而在引力的主導作用的條件下,均勻分布狀態並不是穩定的。因為在某個局域內,由於某分子的雜亂無章的運動會使某個局域的密度會變得稍大一點,則這個局域的引力將會變得更強一些,這就會吸收更多的物質,形成更大的密度,這就是破壞不均勻。

在宇宙範圍內引力是主導的,所以哪怕是宇宙開始時是均勻的,無結構的,它也會產生出非均勻的有結構的狀態。各種尺度的天體,就是依靠這種非均勻化的過程聚集而成的。從早期的均勻宇宙到現在非均勻宇宙就是這樣演化的。

為什麼宇宙並不象熱死預言那樣從複雜到簡單,而是由簡單到複雜?因為有引力。

為什麼宇宙並不象熱死預言那樣從有序到無序,而是從無序(混亂)到有序(有結構)?因為有引力。

為什麼宇宙並不象熱死預言那樣從非熱平衡到熱平衡,而是熱平衡生成非熱平衡?也是因為有引力。

由於引力的存在,熱寂說已成為歷史的一頁,為什麼引力有「回天之術」,保證著宇宙的進化?因為至今還沒有乙個完整的引力理論,所有這些問題尚有待解決。

5樓:

熱寂」說是19世紀中期英國物理學家開爾文和德國物理學家克勞修斯根據熱力學第二定律所作的宇宙學推論。該理論認為,整個宇宙是朝著單一的方向變化的,宇宙中一切機械的、物理的、化學的、電磁的、生命的等等各種能量,最終將全部轉化為熱能。而熱又總是自發地從高溫部分流向低溫部分,直至到達溫度處處相等的熱平衡狀態為止。

按照克勞修斯的說法,「宇宙的熵趨向於極大。宇宙越是接近於這個熵是極大的極限狀態,進一步變化的能力就越小;如果最後完全達到了這個狀態,那就任何進一步的變化都不會發生了,這時宇宙就會進入乙個死寂的永恆狀態」。

至於它究竟是對是錯,只有經過時間的檢驗了

宇宙熱寂說為什麼錯誤

什麼是「熱寂」?

6樓:魅

「熱寂說」是熱力學第二定律的宇宙學推論,這一推論是否正確,引起了科學界和哲學界一百多年持續不斷的爭論。由於涉及到宇宙未來、人類命運等重大問題,因而它所波及和影響的範圍已經遠遠超出了科學界和哲學界,成了近代史上一樁最令人懊惱的文化疑案。 一、「熱寂說」是誰提出來的?

毫無疑問,「熱寂說」是熱力學第二定律的提出者提出的。熱力學第二定律的提出者有兩人,一位是英國的開爾文勳爵(lord kelvin)(即威廉·湯姆遜,w.thomson),另一位是德國的克勞修斯(r.

clausius)。那麼,誰是「熱寂說」的提出者呢?國內學術界大多數人都認為,「熱寂說」的提出者是克勞修斯。

持此說的人一般都以恩格斯《自然辯證法》中反覆提到的「克勞修斯的第二原理」的說法作為根據。另外一條根據則是,「熵」的概念是由克勞修斯提出來的,而「熱寂說」是反映宇宙中熵不斷增大的一種極限狀態,所以「熱寂說」是由克勞修斯提出的。 事實上,如果仔細考察一下有關「熱寂說」的歷史文獻,我們就會發現以上說法有誤,至少是不準確的。

2023年4月19日,開爾文在《愛丁堡皇家學會議事錄》上發表的《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》一文指出:「在現今,在物質世界中進行著使機械能散失的普遍趨勢……在將要到來的乙個有限時期內,除非採取或將採取某些目前世界上已知的並正在遵循的規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」。[1]在這篇**中,開爾文首次指出,從卡諾定理可以得出乙個明顯的結果,即當熱從熱的物體傳到比較冷的物體時,就存在著機械能不可能完全恢復的耗散現象。

在自然界中普遍存在的這種不可逆轉的機械能的耗散趨向,必然造成宇宙中熱量的不斷增加。其直接後果是,地球必將「不適合人類像目前這樣居住下去」。顯然,開爾文在這裡對宇宙熱寂的思想作了充分的暗示。

十年後,即2023年,開爾文發表《關於太陽熱的可能壽命的歷史考察》一文,該文曾被收入2023年出版的《科普講演與致辭》一書。引人注目的是,在這篇文章中間,開爾文在「運動停止和整個物質宇宙的勢能竭盡」這句話旁邊加了一條附註:「見2023年4月19日愛丁堡皇家學會會議錄」上他發表的「《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》一文」。

[2]這是開爾文提出「熱寂說」的一條重要證據(當然,這一證據並不能排除開爾文與克勞修斯爭奪提出「熱寂說」優先權的可能性)。另一條重要證據則是赫爾姆霍茲(h.helmholtz)在2023年發表的《論自然力的相互關係》一文。

在該文中,赫爾姆霍茲指出,"我們必須欽佩湯姆遜的聰明才智,他在一篇長期為人熟知的文章中,唯一地說熱、物體的體積和壓力能夠識別出威脅宇宙的後果,雖然那肯定會發生在無限時間之後,會永遠死亡"。[3]雖然目前還不能最終肯定赫爾姆霍茲所提到的原文即是《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》,但起碼據此可以初步判斷開爾文在2023年之前就已經提出了宇宙「熱寂」問題。 閻康年根據自己對開爾文原作的考證認為,儘管在開爾文看來自然界中機械能耗散不可逆轉的普遍趨勢必然會造成宇宙中熱量的不斷增加,但是,宇宙中熱量增加後是否會引起熱平衡乃至「熱寂」,開爾文卻沒有得出明確的推論。

[4] 從以上分析可以看出,開爾文即使在2023年沒有明確提出「熱寂說」,至少也是提出了「熱寂」思想的。 但是,開爾文傳記的作者捨林(h.sharlin)則認為,開爾文提出「熱寂說」的時間應從2023年算起,因為他是在《關於太陽熱的可能壽命的歷史考察》這篇**中才提出了「乙個不可避免的宇宙靜止和死亡狀態」。

[5]開爾文原文如下:「熱力學第二個偉大定律孕含著自然的某種不可逆作用原理,這個原理表明雖然機械能不可滅,卻會有一種普遍的耗散趨向,這種耗散在物質的宇宙中會造成熱量逐漸增加和擴散,以及勢的枯竭。如果宇宙有限並服從現有的定律,那麼結果將不可避免地出現宇宙靜止和死亡狀態。

但是,對宇宙中的物質廣延設想乙個界限是不可能的……」([2],p.349~350)在這裡,開爾文十分明確地提出了宇宙「熱寂說」。但必須注意的是,從這段話可以清楚地看出,開爾文提出「熱寂說」時是十分謹慎的,他做了乙個基本假設--宇宙是有限的,在這個有限的系統裡,熱力學第二定律是正確的,宇宙才會不可避免地出現熱寂狀態。

但是他又認為,把物質廣延的宇宙看成是乙個有限的體系是不可能的。因此,在開爾文的心中,他實際上並不能肯定熱力學第二定律是否可以推廣到他並不真正了解的整個宇宙,並由此得出宇宙「熱寂說」的推論。 從文獻上看,第二個提出「熱寂說」的人才是克勞修斯。

他於2023年4月24日在蘇黎世自然科學家聯合會上作了一篇題為《關於熱動力理論主要方程各種應用的方便形式》的演講,該文同年發表於德國《物理和化學年鑑》。克勞修斯在這篇文章中第一次引進了「熵」的概念,證明了熵在絕熱過程中的增加,並將熱力學定律表述為「宇宙的能量保持不變,宇宙的熵趨於極大值」這樣兩個宇宙的基本定律。他指出,當宇宙中的一切狀態改變都向著乙個方向時,全宇宙必然要不斷地趨近於乙個極限狀態。

實際上,這裡所說的「極限」狀態就是指「宇宙熱寂狀態」。[6] 克勞修斯正式提出「熱寂說」則是在2023年9月23日。當時,他在法蘭克福舉行的第41次德國自然科學家和醫生的集會上作了一篇題為「關於熱力學第二定律」的演說。

在這篇轟動一時的著名演說中,克勞修斯明確指出: 「熱總是從高溫物體傳到低溫物體使得存在的溫度差趨於消失,將逐漸地呈現越來越均勻的分布,而且在以太中的輻射熱和物體所含的熱之間也將出現一定的平衡。最後,物體分子的安排將接近於一定的狀態,其中在相應的溫度下總的離散度有最可能大的值。

我尋求把這整個過程用乙個簡單的定律表達出來,它將能確定地標誌宇宙逐漸趨向的狀態。我造了乙個量,它與轉化的關係跟能量與熱和活的關係一樣,即是,它等於所有的轉化之和,這些轉化是在使乙個物體或是一群物體到達當前狀態的過程中必然發生的。我叫這個量為熵。

在一切正的轉化大於負的轉化的情形中,出現有熵增加。因此必然得出結論,在一切自然現象中熵的總值永遠只能增加而不能減少,於是對到處不斷進行的變化過程可以用下面的定律簡短地表達:宇宙的熵趨向於極大。

宇宙越是接近於這個熵是極大的極限狀態,進一步變化的能力就越小;如果最後完全達到了這個狀態,那就任何進一步的變化都不會發生了,這時宇宙就會進入乙個死寂的永恆狀態。」[7] 實際上,克勞修斯在追述自己的思想時曾指出,他早在19世紀50年代初就已經有「能量退降」、「宇宙熱寂」的思想了,只是他考慮到這個結論與當時很流行的關於熱的觀點有很大偏離而沒有拿出來。 從以上可以看出,「熱寂說」的思想產生於19世紀50年代初,幾乎是伴隨熱力學第二定律的產生而產生的,開爾文和克勞修斯都進行過相關思考。

然而最先提出"熱寂說"的應該是開爾文而非克勞修斯。這一點,其實克勞修斯本人也是這麼看的,他在2023年作的《關於熱動力理論主要方程各種應用的方便形式》的演講中就曾明確指出,「這個定律在宇宙中的應用,已得出乙個結論,那是w.湯姆遜首先得出的,因此我才發表我所說的**」。

[8] 值得注意的是,開爾文和克勞修斯提出「熱寂說」時是有所不同的,前者明確認為把熱力學第二定律推廣到宇宙是有條件限制的,也就是假設宇宙是乙個「有限」的體系;後者並沒有做這樣一種限定,而是毫無條件地推廣到了整個宇宙。在對「熱寂說」的提出者進行客觀評價時,這種區別是要特別認真對待的。不過,閻康年認為,克勞修斯把熵增原理推廣到整個宇宙是出於數學上的考慮--他曾在2023年的《關於熱動力理論主要方程各種應用的方便形式》**中提到過這一點,只不過是在2023年的那篇著名演講中「有意或無意地忽視或迴避了在兩年前提出的前提條件」。

([4],p.182)由於這一問題超出了本文討論的範圍,在此不做贅述。 實際上,由於當時科學發展水平的限制,「熱寂說」問題既無法用新的理論做出合理的解釋,也無法用觀測和驗證做出做後判決,無論開爾文還是克勞修斯,也無論他們是否加上限定條件,都不能從科學上最終解決這個問題,這無疑就為後來的科學界與哲學界留下了一場曠日持久的爭論。

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