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[建议] 热力学与统计物理

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发表于 2012-12-9 08:14:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
统计力学的研究目的,是对各种宏观系统的所有与时间无关的性质进行统计分析。我们主要讨论宏观系统平衡现象的理论,而非平衡态现象不是我们主要的研究对象。目前对非平衡态所取得的进展是发现过去的趋向平衡的理论不正确,纠正了一些错误,但问题并没有很好好得到解决。平衡态系综理论是研究宏观系统已经达到平衡之后的各种热力学性质。
我认为统计力学是理论物理中最完美的科目之一,因为它的基本假设是简单的,但它的应用却十分广泛。物理学的研究目的是探求自然界的基本原理,这种基本原理是简单的,其数学表达形式也不一定复杂,但其应用的领域一定很广泛。统计力学就具备这一特点。
我们就从统计力学的基本假设开始。
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 楼主| 发表于 2012-12-9 08:33:32 | 显示全部楼层

量子热力学

可以用Onsager的近平衡态热力学——线性热力学——观点来考查生命本身;这里也有一个“力”:就是生存的本能,还有一个“流”:以生命周期为代表的自旋。满足普里高津的最小熵产生原理,原因正如我们前面分析的,与单细胞生物相比,多细胞生物其实是一种更加节省能量的状态,平均来讲,多细胞生物的单个细胞产生的熵比单细胞生命要少。

我们看到,其实普里高津的看法有误,从宏观来讲,生命并不属于远离平衡态的热力学系统,而是属于近平衡态的热力学系统。并且,生命是宏观量子化的;尽管这种宏观量子化的作用量比普朗克常数大了很多个数量级,但还是可以说,量子力学和热力学本来就是统一的。前面我们已经分析过引力和热力也是可以统一的。这正应验了“大水冲了龙王庙┄┄”。

还可以看出,有一种服从动态重正化的系统并不满足普里高津的最小熵产生原理,那就是微观量子系统;例如稳定的原子、原子核以及超导和超流等(还有我们发现的超指向态),它们在产生振荡(自旋)的同时并不伴随额外熵的产生,属于“永动机”。我们最感兴趣的是大自然制造的另一个超级“永动机”:黑洞;黑洞有自旋,作为孤立系统时也不额外产生熵。
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 楼主| 发表于 2012-12-11 10:29:56 | 显示全部楼层

场的统一理论

幸运的是,我们发现,量子力学、引力和热力学本质上是一家。考虑给地狼星加热,根据爱因斯坦的质能关系式,由于能量增加地狼星的质量肯定要增加。但广义相对论无法处理这种情况,广义相对论要求时空是平滑的——像香港小姐的脸,实际上热运动导致的时空是高度无规的——像放大10万倍的香港小姐的脸。正如前面分析的,庞加莱原理可以解决这个问题。我们假设了地狼星A和B的质量相等,从外部几何的角度看,可以将加热的效应吸收到地狼星A和B的相对运动中去,这是对于地狼星B存在的情况。假设地狼星B不存在呢?

此时,只能将地狼星A的热运动吸收到地狼星A的自旋当中,因为没有外部几何可用,只能通过内禀的几何将能量吸收——这个内禀的几何量只能是自旋。体现在微观上,我们要将热运动当成一种反对称张量,在经典电动力学中,我们可以通过Stokes定理将反对称的电磁张量约化为边界上的电流圈,电磁张量是一维的,在热力学的情况下,反对称张量本质上却是三维的,这并不妨碍我们制定出一个类Stokes定理,将所有热运动的能量全部吸收到地狼星的自旋中。注意,此时自旋代表的是宏观量子涨落,存储了地狼星的全部内能。
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 楼主| 发表于 2012-12-11 10:49:46 | 显示全部楼层

场的统一理论

通过与生命的类比,我们发现,所有天体都有自旋,但这个宏观量子涨落比普朗克常数要大几十个数量级,我们认为,这可能就是引力看起来很弱的直接原因,事实上,假如引力场再强一点的话,太阳公公的寿命将大幅度缩短,现在的牛顿引力常数可能正好。自旋假说也将Maxwell-Boltzmann统计变成了一种反对称的量子统计,与对称的牛顿-庞加莱统计对偶。

在引力与热力的统一量子理论中,超对称性自然地冒出来了,一方面这说明我们打开了希望之门。我们必须为这种说法找到证据,否则说不定是打开了潘朵拉的盒子。好在超对称量子场论已经提供了证据,在统一理论中,存在费米子和玻色子之间的超对称性,因为将极矢量变换成轴矢量场,玻色-爱因斯坦统计就会变换成牛顿-庞加莱统计,费米-Dirac统计则会变换成Maxwell-Boltzmann(MB量子)统计,由于牛顿-庞加莱统计与MB量子统计对偶,再变换回极矢量场,超对称就自然成立了,此时并不需要超伴子的帮助,是量子场本身的属性。

看起来核物理提供了另外的证据,自由能 = 内能 – TS(熵),轴矢量的自旋储存的是三维的体积能,而熵存储的是表面能,我们是否可以将液滴模型中的体积能理解为轴矢量自旋携带的,而将表面能理解为熵携带的?另外,核子与介子之间的变换是否为超对称变换?
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 楼主| 发表于 2012-12-12 12:09:55 | 显示全部楼层

轴矢量场的真空极化

夸克似乎不是由更小的粒子构成的。它们像电子一样,因为太小所以无法检测到其尺寸。但是结合夸克的弦却是由其他物体组成的,而且这些物体不是夸克。这些结合成弦的黏性粒子被称为胶子。从某种角度来说,胶子是弦上非常小的部分。虽然它们极其微小,但是它们似乎有两个“端点”,一正一负,看起来就像是些小磁铁。
temp.jpg 胶子与轴矢量场的最小单元
我们现在知道,由于轴矢量配对总是意味着自旋抵消,轴矢量场的最小单元看起来也是这样。但是轴矢量场与极矢量场有一个重要不同,这些最小单元累加的时候并不像Debye屏蔽一样会正负抵消,而是对于牛顿-庞加莱统计具有累加性,因此对于颜色场来说,似乎是具有真空反屏蔽效应。牛顿-庞加莱统计与Maxwell-Boltzmann统计对偶(即超对称),这样在小距离处Maxwell-Boltzmann统计导致排斥力与距离倒数成反立方比关系,这可能就是核力具有排斥芯的微观原理,这个排斥力足以抵抗宇宙中最大型黑洞中心的压力和引力作用。
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 楼主| 发表于 2012-12-22 15:19:06 | 显示全部楼层

场的统一理论

利用动态重正化,我们确实可以将宇宙间的很多事物理解为自能作用,当然这个自能作用不是指费米子吃进玻色子的自能作用,因为轴矢量场的粒子并不服从费米或玻色统计,而是服从一种类似于超对称的统计。以动物为例,尽管其最小作用量可能比普朗克常数高几十个数量级,我们可以创造一种理想生命,让它直接吃进光子并进行光合作用,由于动物的自旋是1/2,这个过程可以看成为自旋为1/2的粒子吃进一个玻色子的自能作用。

正如我们已经分析的,宇宙也是一个自旋为1/2的准粒子,尽管宇宙的最小作用量比普朗克常数不知要高多少个量级,哈勃红移也可以理解为自旋1/2的粒子吃进光子的结果。可以看到,宇宙自旋导致的哈勃红移的效果是减少了宇宙的熵,这是因为光子永远跑不出宇宙,宇宙很善于保存能量。动物则不同,虽然每一代的动物是同构的,熵是相同的,但由于维持其自旋(生命周期)需要消耗能量,动物生存的一个副作用是增加了宇宙中的熵。

这种自能作用可以解释为什么原子核中以及铁磁体中的自旋-轨道作用会那么强,比用Dirac方程计算出的强得多,因为自旋-轨道作用也可以理解为一种自能作用。另外,氦4超流体中的旋子也可以理解为一种由于动态重正化导致的自旋-轨道相互作用。
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 楼主| 发表于 2012-12-26 15:54:49 | 显示全部楼层

色球与日冕

在色球闪光光谱中发现有氢原子在很多波长处发的光,氦原子的发射以及氦和很多种金属原子被轻度电离后发射的光等等。太阳物理学家分析这些发射谱和连续谱,得知了太阳色球层的状态。令人不解的是,色球层的温度不是从里向外降低,而是很快地升高,从底部的4300开,向外2500千米高度处升到几万开。这怎么解释呢?热量是从哪里来的呢?有人认为能量来自色球下面的波动,也有人提出来自磁场,这仍是一个尚未解决的难题。

我们发现,这其实是一个轴矢量(引力)量子化效应,从等效原理的量子表述m/m=1,我们知道,太阳的引力场很强,相当于分子上的m很大,因此会有很强的自旋-轨道耦合效应。这有点类似于熵波,熵波的超流体与正常流体的质量流互相抵消传递的,超流部分向一个方向流动,而正常流部分向相反方向流动。但是爱因斯坦等效原理的量子表述,允许产生一个无质量流,自旋部分向一个方向传递,而轨道部分携带的自旋向相反方向流动。

我们知道,可以通过一个类Stokes定理将热运动吸收到自旋中,这样,等效原理意味着可以通过传递自旋来传递热量。另一方面,随着太阳大气高度的增加,质量密度快速降低,而自旋传递的热量又与分母上的质量成反比,从而导致色球层温度快速升高。由于轴矢量场的自旋不服从费米-Dirac统计,可以在温度很高的情况下实现,正如氦4超流比氦3超流的实现温度高得多一样,另外,铁磁性可以在室温下实现,在太阳环境下可以通过自旋传热。
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 楼主| 发表于 2012-12-29 08:38:08 | 显示全部楼层

磁场中的薛定谔方程

我希望用稍微不同的方式来讲——看看怎样解释问题。我设想我在对程度较高的听众,对那些已经受过量子力学训练的人,就这个题目举行一次讨论会或作一次研究报告。讨论会和正规讲课之间的主要区域是,讨论会的报告人不必给出所有的步骤,或者所有的数学运算。他只说:“如果你这样那样去做,这就是所得的结果”,而不给出所有的详细证明。你应该认识到并不期望你立刻理解每一件事,但相信如果你完成了这些步骤,就会(或多或少)算出这些结果。
撇开这些不谈,以下是一个我想要讲的课题,这是最近的、现代的,并且完全是一个正统的研究讨论班的报告。我的题目是经典背景中的薛定谔方程——超导情形。
通常,出现在薛定谔方程中的波函数只适用于一个或两个粒子。而且波函数本身并不是具有经典意义的某种东西——不同于电场,或矢势或这种类型的东西。单个粒子的波函数是一种“场”——从它作为位置的函数意义上来说——但一般说它并不具有经典的意义。然而,在有些情况下,一个量子力学的波函数的确具有经典意义,这就是我想要讲的。物理在小尺度范围内所特有的量子力学行为,在大尺度范围通常感觉不到,除非在标准的方式中它得出牛顿定律——所谓经典力学定律。但是在某些情况中,量子力学的独特性能以特殊的方式在大尺度或“宏观”范围内呈现出来。
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 楼主| 发表于 2012-12-29 08:49:36 | 显示全部楼层

磁场中的薛定谔方程

在低温情况下,当一个系统的能量减至非常非常低时,所牵涉的只是靠近基态的非常非常少的态,而不是大量的态。在这种情况下,基态的量子力学特征可以在宏观尺度上显示出来,这一讲的目的就是要说明量子力学与大尺度效应之间的联系——不是通常那种由量子力学平均而重新得出牛顿力学的讨论,而是一种特殊情况,在这种情况下,量子力学将在大的或“宏观”的尺度上产生它自己的特征效应。
temp.JPG
21-1 沿路径Γab的振幅与exp(iq/ħ)∫A•ds成正比
temp.JPG
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 楼主| 发表于 2012-12-29 09:13:40 | 显示全部楼层

费曼的超导电性的理论

本帖最后由 henryharry2 于 2012-12-29 09:15 编辑

关于超导电性的理论,除了BCS理论和朗道的相变理论外,Feynman也提出了一套理论,并在《量子物理学》中作了较详细的描述,但Feynman的这套理论在别的教科书中极少见到。实际上我们发现,Feynman的这套理论并不是可有可无的,应该与BCS理论和朗道相变理论并列。现代的实验发现了越来越多的铁磁性/反铁磁性与超导电性共存的现象,描述这些现象需要统一磁性和超导电性的描述。
统一磁性和超导电性的描述,必须要用到Feynman的理论。以铁磁性为例,传导铁磁性的电子必定不是费米液体中的载流子,因为费米液体的载流子是有耗散的,而如果铁磁性会产生耗散,那么铁磁性根本就不可能存在,因此铁磁性物质必定属于动态重正化范畴内的导磁态。此时,磁化率代表的动量不再是经典物理中的mv-动量,需要作替换mv→LI,替换成Feynman理论中的p-动量。
因此,从动态重正化的角度来看,铁磁性物质也是宏观量子化的一种,宏观量子化的不仅仅只有超导态和超流态。实际上,只有这样,我们才能将铁磁性理论和超导电性理论中的其它想法整合进来。例如,守谷享关于铁磁性的自旋涨落重正化统一理论,重正化应该是动态重正化。Anderson关于铜氧化物超导电性的RVB理论中也有自旋子,类似于动态重正化中出现的自旋子。
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 楼主| 发表于 2013-1-2 10:38:51 | 显示全部楼层

涨落导致有序

我们发现,庞加莱-普里高津与玻尔兹曼之争是可以获得胜利的。胜利宣言分成了三步曲;第一步:反对有效;第二步:化敌为友;第三步:凤凰涅槃。普里高津在《从混沌到有序》和《从存在到演化》两书中列举了大量例子,我们发现,生命本身确实满足庞加莱复现原理,你可以将生命当成一种“全同粒子”,复现的同时满足最小熵产生原理。因此反对有效。

第二步是普里高津忽视的,这也是他老人家无法成功的原因。普里高津过于重视细节,认为生命属于远离平衡态的系统,对于生命细节(细胞间的相互作用)的理解是一个太过复杂而无法计算的问题,不信你试试一道“最简单的”题:试计算一只蚂蚁的微观状态?

每个生命都有一个无法逃避的问题,他们的本事再大,也无法逃出大自然的手掌心,即他们都有自旋(生命周期)。这样,我们就可以将生命看成是一种近平衡态的系统。普里高津忽略的细节就是:在临界点附近,Maxwell-Boltzmann统计可以从经典统计变成一种量子统计。理由很明显,热运动产生涨落,不能将这种涨落忽略不计而变成宏观涨落,但可以有一种巧妙的方法将热涨落转化成宏观涨落,就是假设热运动之间服从实空间的反对称统计。
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 楼主| 发表于 2013-1-2 10:56:44 | 显示全部楼层

行动不如心动

当热运动之间服从实空间的反对称统计后,粒子之间的个别行动就被压制了,它们只能作为整体的一部分跟随集体一起行动。此时,原来微观的涨落变成了宏观的涨落。集体涨落分成了两种:行动的和心动的。所谓行动的是指有质量的流动,心动的是指无质量的流动。磁场的宏观涨落属于心动的,可以通过Stokes定理将原来微观的涨落集成为一个边缘激发。

对于热运动而言,可以如法炮制,微观热运动被压制,用类Stokes定理转变成宏观运动。作为实例,可以看出,当Maxwell-Boltzmann统计变成量子统计后,太阳上的黑子与米粒服从相同的数学规律,观测证实,太阳黑子并未完全压制对流。只不过,米粒属于行动派,而太阳黑子属于心动派。有一句广告词说:心动不如行动——Big Mistake——万物皆有灵。

对于量子力学来说,则是行动不如心动。对于量子现象,粒子即使不运动,但有了心动,就意味着它们有了p-动量。正所谓宁静以致远,心动的结果是产生了无质量场,而众所周知,无质量场才能够产生长程力,磁场能够将太阳的影响播撒到太阳系的每个角落。而行动的结果,必须带着一身“臭皮囊”,其影响只能是局域的,有质量场无法传播太远。
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 楼主| 发表于 2013-1-3 11:18:06 | 显示全部楼层

涨落导致有序

我们要谈谈实现普里高津梦想的第二步:化敌为友。对于一些相变现象来说,我们认为,在临界点以下,Maxwell-Boltzmann统计将转化为空实间的反对称的量子统计,压制了热运动。此时,微观原子将排列成类似于牛顿摆的形状,看起来像弦,但不是弦理论中描述的弦,不仿称之为庞加莱弦。类似于等离子体内的磁流管,磁流管使得磁场被冻结了,只能随着流体一起运动;同理,此时的热运动也被冻结在了庞加莱弦中,明显庞加莱弦可以传导运动。

从量子的角度来看,原子中有足够的空间可以容纳这种被冻结的运动,以氢原子为例,电子的运动速度比质子快得多,等效温度就高得多。当Maxwell-Boltzmann统计变成量子统计,相当于一个经典自由度被冻结了,但生出了一个量子的自由度。

如果庞加莱弦构成了奇异金属态,可以看出,准粒子的有效质量比费米液体中准粒子的有效质量要大得多(对于牛顿摆来说,有效质量相当于N个球的质量)。但牛顿-庞加莱凝聚后的液体中准粒子的有效质量又比Luttinger液体中准粒子的有效质量要小得多,Luttinger液体中的准粒子有效质量趋向于无穷大。因此,庞加莱弦的准粒子有效质量介于费米液体和Luttinger液体中准粒子有效质量两者之间。
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 楼主| 发表于 2013-1-9 11:50:49 | 显示全部楼层

半透膜

可以利用一种半透壁来进行一个绝热的可逆过程以改变N。半透壁是这样一种壁,它可以让组元i自由通过,但不让任何其他组元通过。自然界有些物质可造成半透壁。例如铂可让氢气通过而不让氮气通过。生物细胞的膜有半透性,可让水分子通过,但不让糖分子通过,等等。绝对的半透壁在自然界是不存在的,实际上的半透壁多少总有些不完全,但在理论上讨论问题时我们可以忽略这点而假定半透性是完全的。

当两相用固定的半透膜隔开,半透膜只让i组元而不让任何其它组元通过时,不难知道,达到平衡时两相的温度必须相等,i组元在两相中的化学势必须相等。由于半透膜可以承受两边的压强差,平衡时两相的压强不必相等。其它组元既然不能通过半透膜,平衡时它们在两相的化学势也不必相等。这种平衡称为膜平衡。

实际上还存在一种量子化的半透膜,从|薛定谔鸡>到|薛定谔蛋>的跃迁中,我们假定物质或者能量只可从|薛定谔鸡>传递到|薛定谔蛋>,其结果是构成一个谐振子。
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 楼主| 发表于 2013-1-9 12:04:51 | 显示全部楼层

Gibbs佯谬

实验指出,一个能够通过半透膜的组元,它在膜两边的分压在平衡时相等。现在我们根据这个实验事实推求出混合气体的内能和熵。假设半透膜的一边是混合气体,另一边是纯i组元气体。如果i组元可以通过半透膜,则达到平衡时,两边的温度必须相等,i组元在两边的化学势也必须相等,加上组元i在两边的分压也相等,它说明,混合理想气体的焓是各组元的分焓之和。理想气体的焓只是温度的函数。各组元无论是具有混合理想气体的温度和体积(因而其压强为分压),还是具有混合理想气体的温度和压强(因而其体积为分体积,各组元的分体积之和等于混合理想气体的体积),其焓值都是相同的。如果各组元混合前具有混合理想气体的温度和压强,气体的混合过程就是一个等温等压扩散过程。我们知道,系统在等压过程中吸收的热量等于系统的焓的增量。理想气体在混合前后的焓值相等,所以理想气体在等温等压混合过程中与外界没有热量交换。
假设有两气体,物质的量各为n,令它们在等温等压下混合。混合后的熵增为
C = 2nRln2,
这结果与气体的具体性质无关。不过应当强调,由于在导出公式时用了膜平衡条件,式中的∑是对不同的气体求和,因而公式仅适用于不同气体。对于同种气体,由熵的广延性可知,“混合”后气体的熵等于“混合”前两气体的熵之和。用满足广延性要求的熵的表达式计算同种气体等温等压的熵变也得C=0。因此,由性质任意接近的两种气体过渡到同种气体,熵增由2nRln2突变为零。这称为Gibbs佯谬。
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 楼主| 发表于 2013-1-9 12:13:39 | 显示全部楼层

Gibbs佯谬与M-理论

Gibbs佯谬是经典统计物理所不能解释的,在量子统计物理中才得到透彻的理解。统计物理认为同种气体由全同粒子组成。根据经典力学,全同粒子是可以分辨的。因此在经典统计看来,不论是同种气体还是不同气体,气体的混合都是扩散过程,熵增为公式给出的值。而根据量子力学,全同粒子是不可分辨的。同种气体“混合”前后的状态是完全相同而无法区分的。同种气体的“混合”不构成扩散过程。正是粒子从不同到全同的突变导致上述熵的突变。从这里可以看出,微观粒子的全同性和不可分辨性对熵的数值有决定性的影响。

用动态重正化方法也可以化解Gibbs佯谬。弦理论中有一个M-理论,意外地,我们发现,统计物理中也有一个M-理论。证据是明显的,动态重正化相当于有一个虚拟的半透膜和一个虚拟的弦。当有了这样一个虚拟的维度后,很容易得到临界指数β=1/3的结果以及了解重正化群理论展开系数ε=1的微观机制,并且解释了为什么临界点附近涨落和关联那么强,不像重正化群理论认为的那样涨落和关联是无穷大,无穷大本身意谓着理论有问题,只是粒子数量太多、无法统计而已。这实现了Prigogine的梦想。
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 楼主| 发表于 2013-1-10 09:48:06 | 显示全部楼层

负能谱及负能谱热力学

近一个半世纪以来,人类所建立的所有的热力学理论,无论是平衡态热力学理论,还是非平衡态热力学理论;也不管是热力学的线性理论,还是非线性理论,甚至还包括近代才发展起来的扩展的随机热力学理论,所有这些热力学理论,无一例外地统统都是对正能谱系统建立的热力学理论。这些理论中最核心的基石是Clausius熵增加原理。本来Clausius热力学并非是绝对普适的,以它为基础所建立的所有的热力学理论应该,而且只能适用于正能谱系统,不应该适用于物质的一切运动状态和过程,尤其不能适用于负能谱中的物质状态和过程。然而,直到现在,把它视为最普适的宏观(甚至宇观)理论,使Clausius热力学理论一直支配人类对热理论的认识长达一个半世纪之久。人类在热理论的认识中能具有如此大的惯性绝非偶然。实际上,人类在她所能接触(或直接测量)的一般物质条件下,物质密度都不会很高(按中子数密度n计算)。在这样的物质密度条件下,物质粒子间的引力相互作用与其他作用(如电磁作用、粒子无序动能的贡献)比较起来是十分微弱的,因此物质粒子(单体、分子、原子……)的(平均)能量一般都会大于零。这就是说,在人类所能接触的一般物质条件下,物质粒子总是处于正能谱中,形成正能谱系统。于是在人类所能接触的一般物质条件下,Clausius热力学(即正能谱热力学)理论就能在其中发挥极大的作用,就能对一般物质条件下物质的宏观性状和演化规律作出十分有效的指导。
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 楼主| 发表于 2013-1-10 09:57:58 | 显示全部楼层

负能谱及负能谱热力学

这样一来就会在人们的意识中产生两个顽固的观念:第一个顽固观念是物质的一切存在形式,尤其是稳定的物质存在形式,只能以正能态形式存在,负能态物质(特别是稳定的负能态物质)是不存在的。更有甚者,还把物质能量的正定性作为物质客观存在的标示。于是有人做出断言:如果引力场是客观存在的,那么在引力场的能量表示中出现负定型表示“显然”就是“不合理的”。第二个顽固观念是物质的一切运行形式,例如星云、星系,直至整个宇宙的演化形式,无一不是按照Clausius的熵增加原理的规定的方式运行。熵不仅是热力学,而且还是整个自然科学、经济学,甚至包括社会学中认识问题、研究问题的方法论和宇宙观。然而,按其自身铁一般的规律运行着的物质和不断发展着的人类实践,毫不留情地冲刷着人类的一切顽固观念。引力场以物质存在的固有的负能态形式不断地自发地聚集着物质(常称物质的自引力坍缩过程),使星际云在自引力坍缩中不断地产生大量的恒星系,又使大量的中等恒星在自引力坍缩中形成白矮星和中子星。尽管人类至今还没有取得黑洞存在的直接证据,但在理论上黑洞作为自引力坍缩的必然结果已为学术界所公认。在负能态形式的引力场作用下所产生的自引力坍缩的自发过程使物质不断地自发聚集,不断地产生结构,一句话“使物质自发地走向有序”。十分显然,这里的自引力坍缩在物质中所产生的自发有序化过程是和Clausius熵增加原理直接对立的。
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 楼主| 发表于 2013-1-10 12:09:35 | 显示全部楼层

负能态热力学

“沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春”。“负能谱热力学”正是那沉舟侧畔乘风破浪的扬帆,也是那病树前头生机旺盛的春笋。最后祝“负能谱热力学”一路走好!都有为。都有为先生是我国磁学和磁性材料专家,中国科学院院士,南京大学物理系教授,中国物理学会磁学专业委员会副主任,中国颗粒学会超微粒专业委员会主任,中国仪表材料科学学会副理事长。
我们发现,Prigogine的想法现在就可以展开“帝国反击战”了,因为铁磁性肯定是宏观量子化现象,铁磁流体属于无粘滞流体,假如有粘滞性铁磁性根本不可能存在,动态重正化会生成一根闭弦,而电流圈沿着闭弦流动是不产生粘滞性的。宏观上讲,诱导出铁磁性的环型电流与一个超导体的环型电流(可以产生磁性)肯定是等价的,在这个意义上,铁磁性与超导电性肯定是对偶的关系。换句话说,你可以将一块铁视为量子生命,只不过这个量子生命吃进的是磁(Poynting能流),吐出来的也是磁。
邓昭镜等人的想法却需要从长计议,适合于“放长线钓大鱼”,似乎这条路直通统一场论的顶峰。我们从Dirac的空穴理论谈起,由于负能态的反粒子无穷多,在一个点上的质量也趋于无穷,按照引力论肯定会卷曲成黑洞。但是这个负能态黑洞肯定是不存在的,加进庞加莱原理后,我们发现大自然采用了一种更巧妙的办法,真实的黑洞视界不是将(极矢量的)电子转变成正电子,而是将(轴矢量的)中微子转变成反中微子;另一方面,正、负能态配对与质量起源和同位旋有关,因此这条进路会跨越电弱统一能标、大统一能标和引力的能标(即普朗克能标)。
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 楼主| 发表于 2013-2-9 11:38:49 | 显示全部楼层

热力学与统计物理

我们在日常生活中接触的宏观物体是由大量微观粒子(分子或其它粒子)构成的。这些微观粒子不停地进行着无规则的运动。人们把这大量微观粒子的无规则运动称作物质的热运动。热运动有其自身固有的规律性。热运动的存在又必然影响到物质的各种宏观性质。例如,物质的力学性质、热学性质、电磁性质、聚集状态、化学反应进行的方向和限度等都与物质的热运动状态有关。热运动也必然影响到宏观物质系统的演化。
热力学和统计物理学的任务是:研究热运动的规律,研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。热力学和统计物理学的任务虽然相同,但研究的方法是不同的。
热力学是热运动的宏观理论。通过对热现象的观测、实验和分析,人们总结出热现象的基本规律。这就是热力学第一定律、第二定律和第三定律。这几个基本规律是无数经验的总结,适用于一切宏观物质系统。这就是说,它们具有高度的可靠性和普遍性。
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