热寂说的提出及其影响

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1、热寂说的提出及其影响　　[摘要]对热寂说的历史进行了较系统的考察，并对其产生的社会影响及批判作了较系统的探讨和阐述。全文分四部分：一、全面回顾了在科学史上热寂说是怎样提出的，以及一经提出后引发的各种争论及争论的焦点；二、分析了热寂说提出后产生的重大社会影响；三、着重介绍及评述了对热寂说进行的各种批判，重点是对后世影响较大的两个代表性说法恩格斯对热寂说的批判及较流行的各种观点；四、阐述和探讨了“大爆炸”的宇宙理论及其三个强有力的直接论据，以及引力对宇宙膨胀的作用，从而最终证明宇宙热寂说是不可实现的。

2、　　[关键词]热寂说；熵增加原理；近代宇宙论　　　　“热寂说”是热力学第二定律的宇宙学推论，它既是哲学上的一个原则问题，也是物理学上无法直接验证的问题，它的意义关系到包括生命物质在内的万物生长、发展和消亡的普遍规律以及人类和宇宙的未来等问题。所以一经提出，就一直受到科学界和哲学界的广泛关注并引起激烈的争论，但尚缺乏较全面的专论。本文试图对热寂说提出的历史进行较系统的考察，并对其产生的社会影响及批判作进一步的探讨和阐述。　　　　一　热寂说的提出　　　　一般的热学和物理学史教科书都认为最早提出热寂说的

3、物理学家是威廉·汤姆孙和克劳修斯。其实早在威廉·汤姆孙(son)和克劳修斯(R.Clausius)一百多年前牛顿就已看出了他们后来提出的热寂说(heatdeath)。牛顿在其《光学》一书的疑问31(problems31)中描述了后人在一百多年后描述的可怕的宇宙毁灭景象：地球、行星、彗星和太阳这些物体，以及它们上面所有的一切，均将冷却和凝冻，变为非活性的物体。并且所有腐烂、生长、繁殖和所有生命现象，均将停止。所有的行星、彗星将不再能留在它们的轨道上运动。这就是说，牛顿在建立自己力学体系之初，就已意识

4、到它的体系不能解释非弹性碰撞过程(实际上就是牵涉到热交换的过程)的不可逆性与宇宙稳定性的矛盾。为了解决这一矛盾，牛顿提出了“主动原理保持和补偿运动”的物理思想。他指出：“所以，有一种按照主动保持和补偿运动的必要性，这就是重力的原因。行星和彗星由这个原理保持在轨道上，降落时物体获得大的运动，由发酵的原因，动物的心脏和血液保持永恒的运动和热量。地球内的部分持续生热，某些部分变得很热……太阳保持剧热并可见，以其光使万物变热。除去归之于这些主动原理之外，我们在宇宙间遇到的运动很少。”从这段话可以看出，虽然

5、牛顿带有过分强烈的思辨性，但他在设法超脱机械论的局限性，希望用非机械论的解释摆脱力学带来的困难。然而在他那个时代，当能量、能量守恒定律以及各种运动形态均未出笼时，他的设想是很难有什么积极的成果的。为此，他只好求助于上帝的存在，希望上帝给以支援。他在同一书中又指出：“上帝既是宇宙的创造者，又是宇宙的持续的保持者。”“没有他的治理和监督，就会一事无成。说宇宙是一架大机器，无需神的干预即可以运转下去，就如同一个时钟不需要钟表匠的帮助而继续运转那样，这种观念实际上是以把上帝说成是超凡的神灵为借口，想把天意

6、和上帝对现实的统治排除掉。”　　随后，欧勒、拉格朗日、拉普拉斯和泊松等一批物理学家和数学家从数学分析方面发展了力学，他们证明，太阳系中所有的变动都是周期性的，这种变动不仅在某一有限范围内进行，而且其增强或减弱的变化也是周期性的。因此，他们得出结论，认为太阳系具有一种稳定性，而且在无限长的时期里，这种稳定性是永远不会改变的。从而他们从物理思想中排除了上帝，这当然是一个了不起的进步，但他们却由此而忽视了牛顿对于不可逆过程的担心，并想彻底抛弃这种忧虑，而宣布太阳系(乃至整个宇宙)将永远稳定，应该说这也是

7、物理思想史上的一次后退。　　由以上简单的历史回顾可知，当W·汤姆孙和克劳修斯揭示了自然过程的不可逆性这一曾在历史上争论过的问题后，为什么会引起当时许多一流物理学家的高度重视!　　1852年，W·汤姆孙在关于自然界中机械能耗散的一篇论文中提出，在自然界中占统治地位的趋向是能量转变为热而使温度拉平，最终导致所有物体的工作能力减小到零，达到热寂状态。他在1862年发表了《关于太阳热的可能寿命的物理考察》论文，明确提出“热寂说”。他写道：“热力学第二个伟大定律孕含着自然的某种不可逆作用原理，这个原理表明虽

8、然机械能不可灭，却会有一种普遍的耗散趋向，这种耗散在物质的宇宙中会造成热量逐渐增加和扩散，以及热的枯竭，如果宇宙有限并服从现有的定律，那么结果将不可避免地出现宇宙静止和死亡状态。”　　从汤姆孙这段话可以看出，他从机械能转化为热而耗散和热力学第二定律，得出宇宙热寂的观点。随后克劳修斯在1865年的论文《论热的动力理论的主要方程的各种应用形式》中得出：“这个定律在宇宙中的应用，已得出一个结论，那是汤姆孙首先得出的，因此我才发表我所说的论文。”可见克劳修斯承认汤姆孙先于他提出热寂说，并启