热寂说的终极批判

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1、关于热寂说的终极批判郭茂森物理学院光信息科学与技术6班摘要：作者总结了几种关于热寂说的批判，并指明了其批判的不合理性。在成熟的宇宙学基础上一针见血的否定了热寂说。Clausius把热力学第二定律推广到整个宇宙本身是正确的，但是宇宙并没有熵极大值，因为他没有考虑到宇宙粒子退耦。在此基础上，作者根据宇宙大爆炸理论敏锐的提出了具有开创性的观点——宇宙熵守恒。关键词：热寂说熵宇宙Clausius在1850年总结了热力学第一定律和第二定律。其中热力学第一定律数学表示形式为ΔU=W+Q，热力学第二定律数学表示形式为。Claus

2、ius把热力学两大定律外推到宇宙，提出“宇宙总能量守恒，宇宙的熵趋于极大最终永久出于死寂状态”观点。在当时，前者被人们普遍接受，后者引起不少人质疑。此后，宇宙是否“热寂”始终困扰着人们，各种批判“热寂”的理论应运而生。但是，这些观点都没有触及到宇宙的根本，故说服力都不是很强。现回顾一下前人的观点。1.麦克斯韦妖Maxwell假想了一种具有极高的智慧，可以追踪每个分子的行踪，并能辨别出它们各自的速度的妖（怪）称为麦克斯韦妖。该“类人妖”有特殊的能量控制机制以与熵增加相拮抗，从而热力学第二定律不再成立。现简单描述如下：

3、绝热容器里面充满理想气体，并且达到热平衡。中间有一隔板，分子无规则运动碰撞隔板，小妖在隔板上精确控制隔板上的“门”，使动能大的分子通过，而动能小的分子留在另一侧，这样，其中的一侧就会比另外一侧温度高，从而违背了热力学第二定律。其实，此过程并没有违背热力学第二定律，此妖在选择分子时必然要消耗一定的能量，所以如果把妖与气体看成一系统，在演化过程中，系统的熵还是增大的。2.玻尔兹曼涨落说Boltzmann从微观角度对熵增加给予统计解释。按照这种解释，热平衡态总伴随着涨落现象，后者是不遵从热力学第二定律的。Boltzman

4、n认为，在宇宙的某些局部可以偶然的出现巨大的涨落，在那里熵没有增加，甚至在减少。由此，Boltzmann将气体分子运动论的观点推广到宇宙中，认为整个宇宙可以看成类似在气体状态的分子集团，围绕着整个宇宙的平衡状态则存在着巨大的“涨落”。考察正则系综，系统的配分函数因和是广延量，故：涨落说的前提是宇宙达到了热平衡，但天文学观测表明，至今没有任何有说服力的证据证明现在的宇宙是处在热平衡态并存在着上下“涨落”。其次由于宇宙N很大，涨落显影完全可以忽略，局部涨落引起的瞬时熵减小并不能打破系统服从热力学第二定律的整体模式。由于

5、缺乏事实依据，“涨落说”并没有真正从科学上解决宇宙“热寂”的问题。3.普利高津自组织现象20世纪70年代，Prigogine等提出自组织现象理论，并将热力学第二定律的适用范围推广到开放系统，修改为=。其中dS为系统的熵变，dS1为系统内不可逆过程长生的熵变，为系统与外界交换物质能量引起的熵变。自然界存在大量从无序到有序的现象——自组织现现象，比如生物界这一开放系统，并且，那么系统的熵变，所以生物由低级到高级的进化，物种越来越复杂。所以说，趋于无序并不是宇宙间的普遍规律，宇宙间还存在趋于有序的发展过程。故，我们不能把

6、热力学第二定律推广到整个宇宙。其实，由自组织现象便得出宇宙并不是熵增的结论很不严谨。发生自组织现的系统必定不是孤立系统，把参与交换的物质和能量包括起来组成一个大系统，如果这个大系统是孤立的，那么总熵必定不可能减小。但是宇宙是不是孤立系统呢？现在我们知道宇宙起源于大爆炸，那么称宇宙是孤立系统似乎更合理。所以从这个意义来说，由自组织现现象来解释宇宙热寂不太令人满意。4.其它观点有人认为热力学第二定律是有限宏观系统中由经验规律得出的结论，不能外推广到整个宇宙。那么同样在有限宏观系统得出的质量守恒，能量守恒定律可以推广到宇

7、宙，为什么热力学第二定律不可以？此观点说服力不强。Engels在《自然辩证法》中指出，“热寂说”由于断言宇宙中的一切运动都将最后转化为热，因而违反了辩证唯物主义的基本原理——运动不灭原理。因此他做出如下假说：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径（指明这一途径，将是以后自然科学的课题）转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来”。恩格斯的这些论断实际上是辩证唯物主义思想在自然科学领域的直接应用，但是科学毕竟不是哲学，用哲学的角度来批判热寂说不能使科学家信服。以上观点都不能彻底驳倒热寂说。因

8、为上述观点都没有涉及一个重要的事实：宇宙是一个长程力自引力体系，并且是不断膨胀的。5.合理解释(一)宇宙是长程力自引力体系对于气体，分子之间作用力很小，热运动占主要优势，由于碰撞，分子之间趋于发散，忽略涨落现象，可认为过程的方向是由非平衡到平衡，继而该系统熵达到极大值并永久处于平衡态。图二为一平衡孤立复合系统，考察系统内一小部分称为系统，其热力学参数为T，P