作业帮热力学第二定律是不是证明宇宙最终会消失
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/01 07:08:54
热力学第二定律是不是证明宇宙最终会消失
热力学第二定律是不是证明宇宙最终会消失
热力学第二定律是不是证明宇宙最终会消失
热力学第二定律可以说是热力学中最具生机和活力的部分.1850年,克劳修斯结合焦耳的发现以及卡诺的理论,总结成了热力学第一和第二定律.他引入了"熵"的概念.将热力学第二定律表述为：对一热力学系统所经历的任一不可逆过程,其熵变必须大于零,所以热二律又被称为"熵增加原理".热力学第二定律真实的反映了热力学系统的方向性和不可逆性,但当其应用于宇宙时,却得出了一个令人生畏的结论热寂说!热寂说指出：如果热二律是正确的,那么宇宙这个系统的熵将最终趋向一个最大值.克劳修斯曾指出"宇宙越是接近熵为最大值的极限状态,它继续发生变化的可能性就越小,当它最后完全达到这个状态时,就不会再出现进一步的变化了,宇宙将是一种永恒的死寂状态".这一学说在感情上和理智上都给人以强烈的冲击,因此,许多人都试图证明它不成立.但多年来,人们总感觉对热寂说的批判说服力不强,没有真正解决问题.
1948年,阿尔法、贝特、伽莫夫三人提出的"大爆炸"宇宙模型,使这一佯谬迎刃而解,捍卫了热二律的神圣地位.大爆炸宇宙模型认为宇宙是从初期的"大爆炸"后诞生的.早期宇宙温度极高,密度极大,爆炸后,宇宙迅速膨胀,温度下降,密度降低；随着时间的推移,逐渐形成了力,夸克,核子,原子,星系等,直至现在,它已经膨胀了150亿年左右.在1964年发现的这一理论所预言的3K微波背景辐射,使大爆炸宇宙模型一下子被广泛注视并接受了.
按"大爆炸"模型,再来考察"热寂说",我们发现宇宙不是静态的,而象一只不断膨胀的气球.对于一静态体系,总有一个熵的最大值,但对于膨胀着的系统,每一瞬间可能达到的最大值是与日俱增的.如果膨胀的足够快,系统不但不能每时每刻跟上进程以达到新的平衡,反而会落后于熵的最大值的增长,二者差距越来越大.虽然整个宇宙的熵在不断增大,但它距平衡态（热死）却越来越远.实际所反映的正是这种景象宇宙早期基本上处于热平衡的高温高压的"热汤"中.随着膨胀,逐渐一步步地发展出越来越多样化的结构.从构成物质的原子的形成到万有引力作用下逐渐演化成的星系、恒星、太阳系,甚至到智慧生物的出现不正是反映我们的宇宙正从无序走向有序,从起先的混沌状态走向高度精细的宇宙结构层次吗?
大爆炸模型对"热寂说"近乎完美的解释,使科学界和哲学界终于摆脱了其长达一百多年的折磨.然而在本文的最后,我不得不提出一个令我困惑的问题.我们看到大爆炸宇宙模型对"热寂说"的解释都是基于宇宙正在不断膨胀这个前提之上的,但是宇宙为什么会膨胀呢?宇宙膨胀的动力是什么?解释不了这个问题,那么对"热寂说"的解释也将是不完全的!如果宇宙是一个系统,要这么膨胀下去,就必须不断地向这个系统添加负熵.那么是谁在做这份工作?难道是上帝吗?我们知道宇宙早期是一个高温高密度的热平衡态（这已由微波背景辐射各向同性间接证实了）,很难想象不去理会一个已达到热平衡的系统,它竟然会膨胀.
据说关于自引力体系负热容物质的存在理论可以解决这个问题,我们期待这方面的更进一步的发展.否则,我们就只能求助于那位万能的上帝难道是他在用一只150亿年的打气筒不断地为这只顽皮的宇宙气球打气吗?