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热寂说的提出及其影响 |
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时间：2009-7-24 13:44:21 来源：不详
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即熵减少过程。因此，耗散结构理论认为宇宙在历史的长河中，熵只是在不断地增加的结论，是没有什么根据的。耗散结构理论认为，对于非孤立系统，熵的变化可以形式地分为两部分。一部分是由于系统内部的不可逆过程引起的，叫做熵产生，用dis表示。另一部分是由于系统和外界交换能量或物质而引起的，叫做熵流用des表示。所以整个系统的熵变化是ds=dis+d3s一个系统的熵产生永远不可能是负的，即总有diS≥0，对于孤立系统，由于des=0，所以ds=dis>0，这就是熵增加原理的表达式。
但对于非孤立系，视外界的作用不同，熵流des可正、可负。如果des<0，且|des|>dis，就会有ds=dis+des<0，这表示经过这样的过程，系统的熵会减小，系统就由原来的状态进入更加有序的状态。这就是说，对于一个封闭系统或开放系统存在着由无序向有序转化的可能。为此《纽约时报》曾于1980年发表特稿，宣称普里高津的耗散理论帮助人类解决了一项科学上最扰人的似是而非的问题。然而，尽管这种理论具有很广的应用范围，但对于整个宇宙来说，由于缺乏明确的物理图象和实验基础而不被天体物理学界所认可。
(3)熵增加原理的严格表述是：“一个热力学系统从一个平衡态出发，经过绝热过程，到达另一个平衡态，它的熵不减少。”这里很重要的一点是，体系在过程的开始和过程的终了都处在平衡态。而对于宇宙来说，在我们知识所及的历史年代里，宇宙一直处于远离平衡状态之中。因此，说我们所及的历史年代中宇宙的熵不断增加是没有根据的。四热寂说的终结
多少年来我们总有这样的感觉，对已有的对热寂说的批判说服力不强，并没有真正解决问题。1948年，美籍俄裔物理学家伽莫夫(G.Gamow)和他的同事提出了一个“大爆炸”的宇宙理论，使热寂说的佯谬迎刃而解。
热寂说是以宇宙整体正在从非平衡趋于平衡的结论为前提的。然而大爆炸宇宙学的研究和观测表明，宇宙起源于150亿年前“原始火球”的一次大爆炸，大爆炸之后宇宙一直在膨胀。它不是趋于平衡，而是越来越趋于不平衡。按照熵增加原理，只对于每个静态的封闭体系，熵才有个固定的极大值Smax；对于膨胀着的系统，每一瞬时熵可能达到的极大值Smax一是与时俱增的。如果膨胀得足够快，系统不但不能每时每刻跟上过程以达到新的平衡，而且实际上熵值S的增长落后于Smax的增长，二者的差距越拉越长。虽然系统的熵不断增加，但它距平衡态却愈来愈远。我们的宇宙中发生的正是这种情况。
大爆炸宇宙理论得到了三个强有力的直接证据的支持，即哈勃红移、氦元素丰度和3K微波背景辐射。1929年，美国天文学家哈勃(E.Hubble)在研究了前人测量的星系距离资料后发现，这星系光谱线的颜色要比近星系的稍红一些，哈勃仔细的测量了这种红化，发现它呈系统性变化，而且，星系愈远，光谱线红移愈大，在进一步测定了许多星系光谱中特征谱线的位置后，哈勃证实了这个效应，并指出红移现象的产生是由于星系在退行而使光波变长的结果。由此，他总结出了著名的哈勃定律：星系退行的速度与距离成正比。从哈勃定律人们会很自然地得出宇宙在膨胀的推论。这个重大发现奠定了现代宇宙学——大爆炸理论的基础。
支持大爆炸宇宙论的第二个证据是宇宙中氦元素丰度的预言和测定。大爆炸发生一秒钟以后，宇宙是由极高温的基本粒子组成的“羹汤”，这时整个宇宙处于均匀的热平衡态。随着宇宙的膨胀和降温，其中的一些粒子逐次与其余部分粒子脱耦。此时产生的核反应使中子和质子聚合在一起，形成氦核，余下的核子(没有聚合的质子)自然就形成了氢核。精确的理论计算表明，当时应有23.6％的物质质量聚合成了氦核，英国皇家格林威治天文台对众多星系中原始星云的发射光谱进行观测的结果表明，宇宙中氦的实际丰度为23.5％。这一结果与大爆炸的理论预言极为相符。
支持大爆炸理论的第三个证据是3K微波背景辐射的发现。大爆炸理论预言，现在的宇宙中应该存在着一种来自宇宙早期的均匀的、各向同性的微波背景辐射，它是宇宙早期的遗迹，频谱应该符合普朗克黑体辐射公式，温度约为3K。1965年这一预言被射电天文学家彭齐亚斯(A.Penjias)和威尔逊(R.Wilson)在宇宙观测中证实，此后亦为众多科学家进一步证实。这一结果表明，宇宙早期曾一度处于平衡态，处处都有相同的温度，而且物质也是相当均匀的，非均匀性不超过10-5，大爆炸之后，宇宙才逐渐偏离热平衡态，而今天宇宙中物质分布的不均匀性已高达10—103。
另一方面，宇宙膨胀的原因是由于引力的作用。有引力作用的热力学上一页 [1] [2] [3] [4] [5] 下一页 |
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