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跟胖哥学物理热力学第二定律与热寂说

(2018-12-17 15:08:11)
标签:

杂谈

分类: 生活中的物理
跟胖哥学物理热力学第二定律与热寂说

        感谢邀请和阅读,胖哥一直强调,所有物理规律都有一个定义域。我们现在从实验中发现一些物理定律或者利用数学方法推导出来的定理,都是基于某一种现象,满足一定条件,离开这个条件,规律自然也不一定成立。所以物理学是不是绝对正确,应该说不是,它只是真理在一定层次上接近。
        热力学几大定律中,并没有谈到宇宙中物质是否在衰减,所以提问者估计谈是孤立系统问题,这是一个从能量导引出来问题。
        首先,我们来看什么是系统? 热力学中,根据所研究问题的需要,可人为选取一定范围内的物质作为研究对象,称此研究对象为热力系统,建成热力系或系统。热力学物质以外的物质称为外界。热力系与外界的交界面称为边界。根据热力系与外界相互作用情况的不同,热力系可分为闭口系(热力系与外界无物质交换的系统)开口系(热力系与外界有物质交换的系统)绝热系(热力系与外界无热量交换的系统)孤立系热力系与外界无任何能量和热量交换的系统)简单可压缩系。
          在来看热力学是如何看待孤立系统的,根据热力学第二定律(孤立系统熵增原理):孤立系统内部发生不可逆变化时,孤立系的熵增大,极限情况时(可逆),熵保持不变。熵增原理指出:凡是使孤立系统总熵减小的过程是不可能发生的。
       根据热二定律,一切实际过程都不可逆。所以,不可逆使孤立系熵增大。孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能,即任意过程中能量守恒。但各种不可逆过程均可造成机械能损失,而任何不可逆过程均是ΔSiso>0,所以熵可反映某种物质的共同属性——即熵增的本质:孤立系熵增意味机械能损失。
由此可以看出,当我们把整个宇宙作为一个孤立系统时,则整个宇宙做功的本领不断丧失,而内能越来越平均,发展到最后,宇宙就只有一个温度,一个压力……等,即宇宙间再无差异,于是宇宙走向灭亡。这就是19世纪初“热寂说”理论的依据。
        热寂说”是热力学第二定律的宇宙学推论,这一推论是否正确,引起了科学界和哲学界一百多年持续不断的争论。由于涉及到宇宙未来、人类命运等重大问题,因而它所波及和影响的范围已经远远超出了科学界和哲学界,成了近代史上一桩最令人懊恼的文化疑案。热寂说利用热力学第二定律中的“熵增加原理”,将整个宇宙当成一个孤立系统,认为宇宙的熵会趋向极大,最终达到热平衡状态,即宇宙每个地方的温度都相等。
        热寂说源于开尔文,也就是热力学单位那个人。1852年4月19日,开尔文在《爱丁堡《论自然界中机械能散逸的普遍趋势》一文指出:“在现今,在物质世界中进行着使机械能散失的普遍趋势……在将要到来的一个有限时期内,除非采取或将采取某些目前世界上已知的并正在遵循的规律所不能接受的措施,否则地球必将开始不适合人类像目前这样居住下去”。在这篇论文中,开尔文首次指出,从卡诺定理可以得出一个明显的结果,即当热从热的物体传到比较冷的物体时,就存在着机械能不可能完全恢复的耗散现象。在自然界中普遍存在的这种不可逆转的机械能的耗散趋向,必然造成宇宙中热量的不断增加。其直接后果是,地球必将“不适合人类像目前这样居住下去”。
        根据笔者推测,提问者所谓衰减,其实估计他意思就是宇宙中做功能力减少,并不是物质本身一种衰减。因为当整个宇宙中差异性没有后,这个宇宙就会走向毁灭。
       其实,开尔文“热寂说”根据热二定律推导出来,仅仅是一种观点或者假说,很快遭到大量科学家批判,因为他没有考虑到热力学第二定律是有条件的,只有在定义域内才成立!
        热力学第一、二定律,只适合有限空间、有限物系,而宇宙是无限空间,无限物系,因而热力学定律不能推广到整个宇宙。
        实际上,科学发展到现在,人类已经进入粒子时代,在开尔文时代没有一些现象譬如反物质、负能量的出现,我们的确用目前掌握的物理定律解释不了许多的现象。
        物理规律一定要把握它定义域,把它放大都不是对自然一种尊重,随着科学进步,人类会对无限空间和无限物系有更深层次认识,那样才能还原无尽宇宙普通真理,这需要几代人努力!
       2018月12月18日于宜昌夷陵吾同斋

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