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<< 重力场中热力学的研究 >> ( 前 言 ) 朱顶余 何沛平 著
[楼主] 作者:youngler  发表时间:2004/03/06 12:57
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 [2楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/03/08 16:55 

引力是宇宙熵增加的主要动力

……

伴随熵争论的百余年历程, 主要原因是将它外推得到宇宙热寂的结论, 因此为物理问题频繁讨论之最。反驳热寂的主要论点有玻尔兹曼的涨落说、麦克斯韦妖说; 以及现代的宇宙膨胀说, 该学说认为一个静态的体系总是趋于热平衡的, 但宇宙是膨胀的, 宇宙根本不能达到热平衡, 所以不会出现热寂, 使得热寂的争论趋缓。恕不知一个不膨胀的宇宙空间(如太阳系) 也看不到热寂的迹象。总之对热寂的解释都不是从基础理论出发而论证的。"热寂问题又被称为无法用观测和验证做出最后判决的学术问题"; "熵的问题还远未了结, 人们还在从不同的角度来研究、讨论"(冯端等著 《熵》) 。关于热寂的争论其难度和特点可以与500多年前"日心说"与"地心说"之争相比, 均属反对或修正常识性的见解, 这不但须靠科学理论和实验, 更要有十倍的勇气。

[[“热寂”只是“熵增”趋势的外推,并没有哪个定律保证宇宙在寿命终结之前能够达到热寂。因此“热寂”说只是以一种使人印象极端深刻的方式来表述熵增原理而已,对普通大众的影响力比对专业人士的影响大得多。热寂说表现在太阳系不过就是太阳系的熵增趋势,太阳系以太阳的热核反应为最大的熵源进行的剧烈的熵增过程要持续上100亿年,由此可见“在太阳系看不到热寂的迹象”纯属对“热寂”说的误解,实乃“朝菌不知晦朔,蟪姑不识春秋”。]]

……

近代的比利时学者普里高津在热力学中引进了熵流的概念, 提出耗散结构理论, 使熵理论向前迈进了一步, 但是该理论并未给解决宇宙热寂带来希望。

[[耗散结构理论从来就没有宣称要对抗第二定律或者解决热寂问题,而是鲜明地提出“在最终将死的熵增之旅中,有丰富多彩的充满创造力的激动人心的熵流过程”,将人们的注意力从凄凉的归宿引入到对生机勃勃的旅途风景的理解和欣赏之中。]]

熵增原理等理论在实践中与天文、气象、地热中热永不平衡的事实是不符的(仅认为温差是由热源造成的, 而不认为重力场对温差有贡献);在理论上, 对重力场中的平衡态体系内的描述(均温)与《流体力学》中的"绝热稳定流能量方程"及其"相对论热力学关系式"也是矛盾的, 可见热寂问题确为第三朵乌云。我们是名不见经传的中等学校教师,工作之余长期思考着这个问题, 其最后一道堡垒是:处在重力场中的绝热体系内有无稳恒的温度梯度?笔者近三年研究可乐观的回答, 这是肯定的!克劳修斯、开尔文啊!请原谅我们, 你们所发现的道路, 在你们那个时代, 是具有最高思维能力和创造力的人所为的。你们所创造的概念, 至今仍然指导着我们, 但是我们现在知道, 如果要更加深入地解决有关矛盾, 那就必须用新的概念和新的表述, 如同建立量子论和相对论一样去驱散第三朵乌云, 还物理学一个晴朗的天空。
力场对热流是否有影响? 这将是能否完善熵理论的突破口。过去, 克劳修斯、玻尔兹曼等大师受历史的局限性未能完善它, 而近代的一些知识渊博、德高望重的科学家已看到了这一点, 如前苏联的理论物理学家郎道, 在其著作中已意识到引力场是克服热寂的原因, 愦憾的是他也未能添上这一笔。现在我们做到了这一点,我们发现"重力场中平衡态体系内存在着稳恒的温度梯度, 且不需付出熵流的代价"、"重力场势差与温度差一样都是热流动力"。由此提出更普适的热流定律和熵增原理表述,初步达到了用比较普遍的理论概括比较特殊的理论的目的, 如同相对论涵盖了牛顿力学一样。这不是发现一个外围的岛屿, 而是发现了科学新思想的一遍大陆, 它将使热力学再向前迈进一大步。这完全是好奇心、进取心, 怀疑、批判精神以及创造性思维的结果。

[[早期有个别学者基于恩格斯的信念认为引力有可能是热重新集结的发动机,但在彭罗斯霍金之后恐怕没有人这么认为了。在引力集结的过程中熵同样是增加的,宇宙即使从膨胀进入收缩,熵同样是增加的,黑洞是单位质量物质具有最大熵的形态,根本不能指望引力能够成为热寂的救星。

热力学最适宜的领域是宏观或“中观”体系,即我们身边的不大不小的事物,而非微观和宇观体系。宇观体系虽然也遵从热力学,但描述宇观体系时动力学的方式更有针对性。比如恒星的演化,描述其从星云的聚集,热核反应的速度,成分的变化,质量的变化,压力平衡,爆发,死亡等生命周期过程比描述熵的过程要重要得多。

在微观领域,熵是没定义的,熵的定义是随物质体系的缩小而逐渐失效的。]]

…… 
我们俩对该课题的合作研究是从1996年春开始的, 笔者首先对熵概念作了分解的研究, 使其对熵理论有了深刻的认识;1999年底, 笔者运用分子运动论的方法, 提出了重力场中的理想气体内存在着稳恒的温度梯度的看法, 笔者合作成文,并于2000年上半年分别在中国物理教育网中《网上物理教学》理论物理版上发表过"引力导致熵减初探" 及"关于'重力场中气体温度分布'的探讨" 两篇论文, 这两篇文章虽然现在看来仅是初步的认识, 但为后来的思想飞跃奠定了基础。尔后, 笔者俩人通过若干次地讨论、质疑、整理、实验及其对外交流,形成了本书中的思想。

[[我看过好几个关于重力场中的温度梯度的“证明”,都采用了分子抛射运动或自由落体运动模型,这表明研究者的知识面实在太窄。这部分研究者的盲区在于,分子不光有重力势能,还有分子间作用力形成的势能。在空气中,由于重力造成的压差,使低处(压强大)的分子具有更大的分子作用势能;因此分子向高处运动时主要是分子作用势能与重力势能间的转化,而动能几乎不变,其变化量见本人“引力温差的定量”一帖,约为6.5E-14K/m,在通常的研究中完全可以忽略。更重要的是,这种量级的引力温差恰恰是热平衡的表现,根本不能成为热流的推动力!也就不能指望引力温差来克服热寂。

另外,具有常识的思维也可发现这种模型的漏洞。当地面为300K时,空气分子速度约几百米/秒,远达不到第一宇宙速度的7.9公里/秒,几公里的高空气体分子就应当完全静止,气温应为绝对零度,当然由于有大气对流实际情况会有所不同,但对大气层进行了极大约束。]]

……

< 名人观点摘录 >

★前苏联理论物理学家朗道(L.D.Landau) 主张:在天体物理领域, 引力效应
更是有着举足轻重的重要作用。引力对热力学的影响相当于使系统受外界的干扰, 而且是不稳定的干扰。均匀分布的物质可以由于引力的效应演变为不均匀分布的团簇, 也正是由于引力的干预, 使得实际的广大宇宙的区域始终处于远离平衡的状态。
摘自《熵》科学出版社, 冯端等著 1992.9P.101               

[[引力将物质聚集起来,引发热核反应,造成熵的快速增加,加快了热寂的进程。但也因此在宇宙中产生热点,以生命为代表的最高形式的非平衡系统得以诞生。]]

★····有了引力之后, 热力学应如何重整?引力会不会带来新的"世界末日恐惧" ?应当承认, 这些问题还没有完全解决, 因为至今还没有一个完整的引力理论。 
摘自《熵与交叉科学》气象出版社,  方励之 "宇宙为何不热死", 1988.12, P.92

★尽管爱因斯坦的广义相对论、广义相对论中的空间弯曲使人们相当理解引力的性质了, 但说到引力秩序, 物理学就乱了套。关于受引力作用的系统的热动力学, 目前尚没有一致的看法或理解, 诸如引力场的熵之类的概念现在仍是模模糊糊, 没有清晰的表达。
在引力极微, 可以忽略不计的情况下, 气体便倾向进入一种均匀状态, 各处的温度和密度相似。然而, 受引力作用的系统则会集结, 变得不相似。
摘自第一推动丛书《上帝与新物理学》湖南科技出版社,1996.10, P.194
[英]保罗·戴维斯著, 徐培译

[[引力场中的热力学最极端但也最显著的就是黑洞热力学,它需要量子引力理论,这是科学的前沿,但愿中国人能有真的贡献,而不是自我吹嘘的贡献。不要一有点感悟就痴人说梦,什么“伟大的XX呀,请原谅我对你们的超越”。

象卫星观测到地热只有理论值的一半这种东西,即使不是讹传或小报发明,其证据力也是很有限的,切莫将其当作坚实基础。一是因为逸出的地热总量很难准确观测,二是传导到地面的地热理论值也不是一个象基本物理常数那样的东西,仍然是一个基于许多假定和部分观测数据得出的推测值。在这个问题上,观测值与理论值差一倍根本不算什么,不差数量级已经是很准确了。但愿有真正的专家能驳回我的观点。]]

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