关键词 空间热力学 平衡相变 量子自由能 相对论 时间熵场 黑洞宇宙统一场

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1、关键词空间热力学平衡相变量子自由能相对论时间熵场黑洞宇宙统一场微观物质运动与宏观宇宙运动的自然逻辑关系是不言而喻的，但是作为这两个物理领域的主导理论体系，量子理论与相对论的统一却至今未能实现（1、2）。注意到普遍的物质运动遵从热力学规律，如果相对论和量子理论分别与热力学互洽，它们之间必定统一。设计一个理想的热力学平衡系统，该系统应当满足以下条件：1、允许在系统内（包括系统边界）随机选择任意多的检测点，点的大小是检测手段可能实现的最小范围（点区域）。2、允许以任何可能方式对“点区域”的能量状态进行检测。3、任意两个不同点的检测结果差异都在检测水平之下。如果检测在任意精细的水平上

2、进行，满足上述三个条件的热力学系统是检测意义上的热力学绝对平衡系统。因为热力学第二定律要求封闭系统的熵随时间增大，所以同时设计检测意义上的热力学绝对平衡系统在相当长的时间跨度上的熵增也在检测水平之下，该系统即时间意义上的热力学绝对平衡系统。一个检测意义与时间意义上的热力学绝对平衡系统理论上拥有最大的系统熵，系统在获得最大无序程度的同时在大跨度时间内也拥有最大的系统稳定程度。一个长时间保持系统状态不变的、封闭系统的热力学性质接近上述热力学绝对平衡系统。如果给这个系统输入一个量子的能量，会发生什么？能量介入热力学绝对平衡系统后会引起悖论。首先，输入能量在输入点及其附近导致系统能量

3、状态发生改变，偏离热力学平衡，这个小的区域理论上将形成耗散结构。如果这样的耗散结构不能得到适当的反馈而形成稳定的、偏离热平衡的自组织结构，该结构就是不稳定的，它将在第二定律规定的时间方向上因为耗散而瓦解，并且将耗散能量传播到邻近区域。根据设定条件，系统内任意一个区域与其邻近区域同质、同性，耗散能量的涉及区域也会形成耗散结构，然后瓦解。显然，只要输入能量不对系统做功，在足够长的时间内，这样的过程将遍历系统的任意点以及邻近区域，所以该事件可以被视为全系统事件。现在存在两种可能。一是输入能量弥散至整个系统，最终导致系统内任意点区域的能量增大，系统在相对高的能量上处于热力学平衡状态，

4、属于常态热力学变化。二是系统的稳定性对介入能量发生强烈反应，致使点区域耗散结构瞬间产生又瞬间瓦解，介入能量虽然转变为耗散能量却不能弥散，输入能量不断地进入系统又不断地被系统“反弹”出来。在这种情形下，如果限定输入能量对系统的做功为零，这个能量就将使系统内的点区域乃至整个系统在足够长的时间内偏离热力学平衡，而这种偏离竟然是系统执行热力学第二定律的结果，意味着该定律在某种终极条件下的执行结果是对定律本身的背反。问题是：我们是否可以在彻底地接受热力学第二定律的同时又能对这样的背反行为做出解释？热力学平衡系统P0在输入能量e的作用下形成耗散结构Pe，称该过程为系统P0的激发相变。由于

5、耗散结构不稳定，Pe还原为稳定的热力学平衡系统P0，同时释放耗散能量e，称该过程为耗散结构Pe的相变还原。显然，只要不以任何形式对系统P0做功，输入能量e就会经过一个激发—还原过程全部转换为耗散能量。对于下一个激发—还原过程而言，耗散能量与输入能量等价并且物理意义相同。如果系统P0完成一次相变—还原过程所需要的时间是t，只要t充分小，我们将很难注意到相变过程，而只是看到输入能量对系统P0的似乎连续的影响。而如果限定P0的相变只是点区域事件，我们甚至可以认为e对P0的影响以点或线性形式连续存在。相变对于上述事件在时间轴向上演变的意义在于：无论输入能量是否无限连续，它在系统P0内

6、引起的一系列事件都将被相变“截断”为一个个因果相关但又并非处处连续的激发态耗散结构，每个耗散结构还原时所释放的耗散能量只能是输入能量的量子单位。因此，系统内活跃的只能是量子化能量，而不是连续输入系统的能量流。这种情形与神经系统的生理活动十分类似。向动物神经系统外周感受器施加连续的电流刺激，其在神经系统内的传导是生物电脉冲而不是连续的物理电流，这是因为物理电能在神经元轴突末端突触转换为化学能递质，然后通过化学递质与受体间的作用引起下位神经元的电脉冲。“突触换能器”对于神经系统的意义相当于上面所说的系统“相变”。接下来，只要系统内一系列因果相关的耗散结构的“串联”方向与外部能量介

7、入系统时的初始方向有关，系统内的自由能（系统有序性构造的标志）就是在矢量方向上运动的量子化能量。如果绝对热力学平衡系统的稳定性能够对介入能量做出“相变”响应，系统就可以根据单位时间内相变发生的次数—相变频率对介入能量的大小做出评价，或者说该系统内自由能的“量子值”决定于介入能量引起的系统相变频率。根据设定条件，一个绝对热力学平衡系统的能量状态是无法通过实际测量予以评价的，但是可以用P0表示它的恒稳态的“相”，以Pe表示它的激发态的“相”，根据上面的陈述，这个系统的相变可以表示为：Pe=P0+e，e代表介