熵与宇宙发展
时间:2015-06-13 20:07 来源:未知 作者:转载 点击:次
几十年前，天文学家埃德温·哈勃发现宇宙中的其它星系似乎都在向着银河系越来越远的方向加速移动。但是，天体物理学家此前曾经指出，地心引力会使得宇宙的膨胀速度逐渐减缓。在1998年，两个研究小组观察到Ia型超新星——一种罕见的恒星爆炸的现象，能够释放出数量巨大的，持久的光，这颠覆了天体物理学家提出的理论，由此发现宇宙不但在膨胀,而且还在加速膨胀,并引入暗能量概念来解释这种现象。宇宙加速膨胀是近20多年来科学界的重要发现之一，其有力证据是河外星系的光谱红移现象加剧.那么是什么力量在推动着宇宙的加速膨胀呢？按着爱因斯坦的广义相对论, 宇宙的空间曲率是由平均能量密度ρ来决定的。膨胀理论要求ρ必须等于一个临界值, 即Ω=1（Ω是所有物质平均能量密度与临界能量密度的比值, 测量的结果表明Ω约为0.1, 是什么原因使得Ω产生如此大的涨落？原来临界能量密度Ω=Ω1+Ω2=1， 其中Ω1=1/3，是所有物质的能量密度, Ω2=2/3是由宇宙学常数λ所决定的能量密度，而宇宙学常数λ才正是神秘的暗能量，它是宇宙中微观粒子的能量库，它使得宇宙有了弹性, 可把太空推开，这就是说宇宙是平坦的宇宙，其中, 三分之一是物质包括明物质和暗物质三分之二是宇宙学常数之类的东西可见暗能量约是临界能量密度的三分之二, 正是它导致了宇宙的加速膨胀。 对暗能量理论上的猜测可追溯到爱因斯坦，爱因斯坦在1915年提出了广义相对论，世人解开其中的引力方程后，得出的结论是宇宙不会完全静止，宇宙也没有静止点。方程的第一种解是，如果宇宙只存在引力，没有别的力作用的话，出于相互吸引，宇宙不可能静止；另一种解是，宇宙爆炸的那一瞬间获得了一个初速度，向外膨胀，但由于引力作用往回拉，宇宙肯定越胀越慢，趋向稳定。所以认为宇宙不是收缩就是膨胀。 透过对太空的探测以及针对一百万个银河所做的调查,天文学家发现“暗能量”确实存在。科学家拍摄到星系团NGC2300 由可见光与X 光的高热气体合成的照片。因为NGC2300 的重力无法吸住这么庞大的气体,科学家判断此外必定有大量暗物质,其重力足以捕捉这些气体使之不致逃脱 。 熵理论中牵涉到一个“热寂问题”。热力学第二定律中克劳修斯和开尔文等把热力学第二定律用于整个宇宙，认为宇宙是一个孤立的系统，整个宇宙在不断变化，其熵值不断增加，一切物体的热量只是由高温流向低温。最后达到热平衡，熵值达到最大值，导致温差消失，压力变为均匀，所有的能量都成为不可再进行传递和转化的有序现象，一切变化将不再有发生的可能，因而全宇宙都陷入停滞的状态。这就是热的死寂简称热寂。据此可以推出“宇宙末日”的迟早到来。 针对宇宙热寂论的错误论述，波耳兹曼在1872 年就提出了生物的生长过程与熵增加相矛盾的事实.他认为生物学过程是对抗熵增加的斗争，这种斗争进行在热能高的太阳到冷的地球之间，植物铺开它的面积不可计量的叶片，以一种尚未探明的方式，迫使太阳去完成我们在实验室中无法完成的光合作用和化学合成。一直到1929 年有些科学家提出了热力学系统熵减少的观点，提出了“负熵”这个术语。 “热寂”理论并不完美。首先，克劳修斯的假设只限定在了封闭系统，忽略了事物之间的必然联系；其次，他认为一切进化只是表面现象，世界只有退化最终走向热寂， 这就又否认了事物是运动发展的。因此，普利高津在研究不违背热力学第二定律的情况下，提出了“耗散结构理论”。耗散结构是指当体系处于热寂倾向时，通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持系统的活力和动态有序。 个人认为，暗能量甚至是所谓的暗物质与熵之间应该存在着某种联系。我们甚至可以假设暗能量或暗物质是熵在宇宙发展过程中的一种表现形式。假设宇宙在暗能量的作用下一直膨胀（不考虑其他有关影响，如黑洞-白洞循环等），终有一日其会达到一个具体的极限或无穷大。此时，宇宙各个元素基本上达到一个平衡点或互不相扰的状态。由此，我们可断定，宇宙膨胀是一个熵增的过程。我们可以假设宇宙就是一个封闭系统，那么热寂理论中关于宇宙末日的预言将完全有可能实现。暗能量是一种使宇宙趋向于无限扩张的动力，其有着最终将宇宙膨胀至无穷大的趋势，即达到一种绝对热平衡或各种物质均湮灭，使宇宙最终由于熵值达到无穷大，而变成一个死寂的世界。另外，如果，宇宙是处于一个开放的系统，那本宇宙的熵增必然意味着存在着多元宇宙，即所谓的正负宇宙。 (责任编辑：admin) |
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