宇宙终归寂灭是真的吗,熵增定律从有序到无序

1865年 德国 克劳修斯提出熵的概念和熵增加原理

熵概念和熵增加原理揭示出,孤立系统中不可利用的能量永远在增加

德国物理学家鲁道夫·克劳修斯 (Rudolf Julius Emanuel Clausius,1822—1888)是历史上第一 个精确表示热力学第二定律的科学家。

1865年,克劳修斯在研究热力学的时候提出了“熵”的概念。

熵,热力学中表征物质状态的参量之一,用来衡量体系的混乱程度。克劳修斯对之予 以“熵”(entropy;希腊语:εντροπια)一名,希腊语源意为“内向”,亦即“一个系统不受外部干扰 时往内部最稳定状态发展的特性”。根据能量守恒定律,在一个孤立系统中,能量既不能被创造 出来,也不能凭空消失,永远保持固定的总量。但是并不是所有的能量都是能够被利用的,比如 在实际的热机当中,人们并不能把所有的能量都用于做功。因为在热机工作过程中,热量散发和 摩擦损耗都是不可避免的,这使得有用的能量永远小于能量的总量。

克劳修斯根据这一事实,提出了熵的概念,把熵定义成不可利用的能量的数量,并进一步提出熵 增加原理。

在任何孤立系统中,虽然能量的总数是永远不会变化的,但是可以利用的能量总是在减少,而不 可利用的能量永远在增加。当一个与外界隔绝的系统,它的熵达到最大的时候,就没有能量可以 做功。但是需要注意的是,这一定律只是针对孤立系统的,对开放系统并不成立。比如地球就是 一个开放系统,每时每刻都有阳光带给我们更多的能量,使得我们能够利用的能量增加。

根据熵增加原理,克劳修斯进一步提出,由于整个宇宙是一个孤立系统,这样一来,宇宙中可用 的能量最终必然会耗尽,熵达到最大值,这时宇宙将陷入没有能量可用的“热寂”状态,但是这个 理论并没有得到证实。近代以来的宇宙观测发现,宇宙中仍然有星际物质形成新的恒星,这说明 整个宇宙中可以利用的能量还在增长,热寂说是错误的。

1867年 德国 克劳修斯提出宇宙热寂说

热寂说是推测宇宙演化终结的一种假说,这一假设目前被认为是错误的。

如果将宇宙作为一个“孤立”系统,那么在其演化过程中,根据热力学第二定律,它的熵会不断增加。当熵达到最大时,宇宙将会成为一个高度无序的 系统,最后不会发生再发生任何变化;并且由于宇宙的所有能量都转化为了热能,宇宙系统将处于热平衡,到那时整个宇宙就会处于一种静态死亡 状态。这就是所谓的宇宙热寂说。

1852年,英国物理学家威廉·汤姆孙(William Thomson,1824—1907)在《爱丁堡皇家学会议事录》上发表了一篇题为《论自然界中机械能散逸的 普遍趋势》的论文。在这篇论文中,汤姆孙首次指出,从卡诺定理可以得出:当热从较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 。由此可以看出汤姆孙虽然没有明确提出“热寂说”,至少提出了“热寂”思想。

熵增加理论

1867年,德国数学家鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius ,1822—1888)正式提出宇宙热寂说,根据他的描述,宇宙进入热寂状态后,任何进一步 的变化都不会发生了 。然而事实上克劳修斯是在没有考虑引力的情况下,把熵增加原理不恰当的推广到宇宙,而在宇宙中引力的作用是巨大的,不 能忽略,所以宇宙热寂说是错误的。

考虑了引力作用的宇宙演化,是一个与模型有关的问题,而且宇宙中还存在大量有待研究、与传统物质迥异的暗能量、暗物质,在它们的性质尚未 搞清楚前,是谈不上宇宙之寂与不寂的。

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