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楼主: henryharry2

[建议] 热力学与统计物理

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 楼主| 发表于 2013-2-9 11:49:13 | 显示全部楼层

热力学与统计物理

热力学以这几个基本规律为基础,应用数学方法,通过逻辑演绎可以得出物质各种宏观性质之间的关系、宏观过程进行的方向和限度等结论,只要其中不加上其它假设,这些结论就具有同样的可靠性和普遍性。普遍性是热力学的优点。我们可以应用热力学理论研究一切宏观物质系统。但是由于从热力学理论得到的结论与物质的具体结构无关,根据热力学理论不可能导出具体物质的特性。在实际应用上必须结构实验观测的数据,才能得到具体的结果。此外,热力学理论不考虑物质的微观结构,把物质看作连续体,用连续函数表达物质的性质,因此不能解释涨落现象。这是热力学的局限性。
统计物理学是热运动的微观理论。统计物理学从宏观物质系统是由大量微观粒子所构成这一事实出发,认为物质的宏观性质是大量微观粒子性质的集体表现,宏观物理量是微观物理量的统计平均值。由于统计物理学深入到热运动的本质,它就能够把热力学中三个相互独立的基本规律归结于一个基本的统计原理,阐明这三个定律的统计意义,还可以解释涨落现象。不仅如此,在对物质的微观结构做出某些假设之后,应用统计物理学理论还可以求得具体物质的特性,并阐明产生这些特性的微观机理。统计物理学也有它的局限性。由于统计物理学对物质的微观结构所作的往往只是简化的模型假设,所得的理论结果也就往往是近似的。当然,随着对物质结构认识的深入和理论方法的发展,统计物理学的理论结果也更加接近于实际。
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 楼主| 发表于 2013-2-16 15:06:59 | 显示全部楼层

临界指数β=1/3

临界指数β=1/3是自旋凝聚的一种效应。自旋凝聚是一种特殊的库珀凝聚,在库珀凝聚中不仅配对电子的自旋相反、动量也相反,而自旋凝聚不要求动量也凝聚。卡丹诺夫等人认为朗道的平均场理论在四维空间以上才是正确的理论,现在利用动态重正化我们已经站在四维空间了就看得很清楚,朗道的序参量相当于轨道空间,而临界点附近重要的是自旋空间。

还可以从群论的角度推导出这一结果,利用泡利对Runger-Lenz矢量所做的对称化方法可以得到SO(4)群,子群SO(3)相当于朗道的序参量,而子群SO(2)相当于自旋对称化引起的凝聚。以我们推导出的铁磁性的量子理论为例,在临界点以下的邻域内,自旋向上的巡游部分和自旋向下的局域部分配对构成一个量子液滴,这相当于自旋凝聚。假如将铁磁体磁化,那么轨道部分所占比重越来越大,其结果是越来越接近于朗道的平均场理论。

在统一场论里,万物都有自旋,我们就可以将自由能表示成:F = U – ST = 体积能 – 表面能。体积能为自旋凝聚产生的能隙。有趣的是,原子核的结合能也可以表示为体积能 – 表面能的形式,但符号是相反的,难道原子核中存在的是负温度和负熵。这表明邓昭镜等人的梦想有可能找到用武之地,邓昭镜等人认为黑洞中的能谱是存在于负温度和负熵的环境中的,而按照我们的量子统一场论,核子确实像一个小黑洞。
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 楼主| 发表于 2013-3-5 13:02:09 | 显示全部楼层

引力与热力学

将引力与热力学统一,仍然可以得到四个相应的定律。热力学第三定律的描述是:无穷远点不可达。绝对零度只是一种特殊的无穷远点,电荷与引力的荷也是无穷远点。由于动态重正化以及轴矢量的正、负能态配对(这其实是Feynman关于吸收体理论梦想的实现),时间轴被不停地复位,所有的碰撞过程都类似于Markov过程,现在时间之矢已经被归零了。反映在Boltzmann方程里,碰撞项也没有时间之矢,但Markov过程一定导致熵增加吗?

答案是:有时引起熵增加(这相当于经典的热力学部分),但有时会引起熵减少。在地球的大气层中,要求分子动能相等,氢等较轻的分子必然会被排挤到大气层的外围:熵增加。但是这条定律在量子力学中已经被破坏了,以氢原子为例,电子和质子的动能不等,动量才相等。

在我们的宇宙学模型里,宇宙就像一个大熔炉,再加上所有的物质都有自旋,在哈勃红移(是宇宙有自旋,不是宇宙在膨胀)的影响下,此时质量越小的物体越容易得到能量。举一个生物上的例子,单打独斗,耗子肯定打不过大象,但耗子的生存能力却比大象强得多。看出来了吧,在经典统计中,质量越大,越占便宜,这个过程使得宇宙的熵增加。但在量子宇宙的大熔炉中,质量越小,越占便宜,这个过程使得宇宙的熵减少。
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 楼主| 发表于 2013-3-9 09:55:45 | 显示全部楼层

引力对熵的作用

如果引力可以忽略,盒中气体整齐收缩在某一角落时拥有低熵,气体扩散时拥有高熵,因此气体会扩散。一旦引力不可忽略,情况就会颠倒过来。如何描述低熵或高熵状态,取决于具体情况。物理学家确定一个系统高熵状态的依据在于,这个系统如何随时间演化。比如,如果温度足够低的弥漫气体可以感受到引力作用,它就会收缩成一个团块。

总是会有一些“缺乏物理常识”的年轻人会问:引力是否使宇宙的熵减少?在我们的引力与热运动的统一理论中,热运动总是使宇宙的熵增加,但引力总是使宇宙的熵减少。换句话说,这些“缺乏物理常识”的年轻人们其实是对的,Landau等人把问题想复杂化了。

由于动态重正化的原因,时间箭头已经被复位而不存在了,现在引力和热运动被放在了同一起跑线上。从辩证唯物主义的角度来说,引力产生的吸引力与热运动产生的排斥力是对立统一的一对“冤家”,由它们之间的对立与统一导致了宇宙的千变万化。从专业角度上来讲,引力不再服从广义相对论的绝对时空观,那么只能用量子统计来代替时空曲率,吸引力和热运动引起的排斥力分别服从牛顿-庞加莱统计和量子MB统计。
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发表于 2014-5-4 13:48:48 | 显示全部楼层
一场关于“挑战热力学第二定律方案”的辩论。欢迎加入,君子之辩!
http://bbs.sciencenet.cn/forum.p ... amp;fromuid=1352526
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 楼主| 发表于 2015-7-29 08:28:04 | 显示全部楼层
如何描述低熵或高熵状态,取决于具体情况。物理学家确定一个系统高熵状态的依据在于,这个系统如何随时间演化。比如,如果温度足够低的弥漫气体可以感受到引力作用,它就会收缩成一个团。这个团块比较整齐有序,按照彭罗斯和量子引力的观点,它拥有较低的熵。假如你没有任何物理学知识,也会与我们的观点一致。但热力学第二定律却认为,它拥有较高的熵。这是目前物理学的核心漏洞之一。
为了从“热寂”说的困境解脱出来。朗道认为当考虑宇宙的大区域时,引力场起了重要作用,涉及范围愈大,引力的作用就愈突出。在天体物理领域,引力效应更是有举足轻重的重要作用。
如果引力可以忽略,气体会扩散。一旦引力不可忽略,情况就会颠倒过来,一团有引力作用的气体倾向于聚集而不是扩散。熵与体积成正比,在量子引力中,由于宇宙的体积不变,熵也就不变。或许可以用超对称将玻尔兹曼原理和引力联系起来。
除了用量子统计可以解决吉布斯佯谬外。动态重整化提供了另外一种解决吉布斯佯谬的方法。考虑吉布斯佯谬的典型配置,假设左边的格子里的是
|薛定锷鸡〉,右边的格子里是|薛定锷蛋〉,有时气体全部位于左边,分裂后又可以充满右格子。这是一种符合宏观量子化的振荡系统,也符合测不准原理。我们说过,这是个超对称系统,所以庞加莱复现原理加宏观量子化(指牛顿-庞加莱统计)的确可以统一引力和热力学,而且引力不是导致宇宙的熵增加,而是导致宇宙的熵减少。
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 楼主| 发表于 2015-7-29 08:29:42 | 显示全部楼层
如何描述低熵或高熵状态,取决于具体情况。物理学家确定一个系统高熵状态的依据在于,这个系统如何随时间演化。比如,如果温度足够低的弥漫气体可以感受到引力作用,它就会收缩成一个团。这个团块比较整齐有序,按照彭罗斯和量子引力的观点,它拥有较低的熵。假如你没有任何物理学知识,也会与我们的观点一致。但热力学第二定律却认为,它拥有较高的熵。这是目前物理学的核心漏洞之一。
为了从“热寂”说的困境解脱出来。朗道认为当考虑宇宙的大区域时,引力场起了重要作用,涉及范围愈大,引力的作用就愈突出。在天体物理领域,引力效应更是有举足轻重的重要作用。
如果引力可以忽略,气体会扩散。一旦引力不可忽略,情况就会颠倒过来,一团有引力作用的气体倾向于聚集而不是扩散。熵与体积成正比,在量子引力中,由于宇宙的体积不变,熵也就不变。或许可以用超对称将玻尔兹曼原理和引力联系起来。
除了用量子统计可以解决吉布斯佯谬外。动态重整化提供了另外一种解决吉布斯佯谬的方法。考虑吉布斯佯谬的典型配置,假设左边的格子里的是
|薛定锷鸡〉,右边的格子里是|薛定锷蛋〉,有时气体全部位于左边,分裂后又可以充满右格子。这是一种符合宏观量子化的振荡系统,也符合测不准原理。我们说过,这是个超对称系统,所以庞加莱复现原理加宏观量子化(指牛顿-庞加莱统计)的确可以统一引力和热力学,而且引力不是导致宇宙的熵增加,而是导致宇宙的熵减少。
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 楼主| 发表于 2015-8-5 08:13:13 | 显示全部楼层
中心峰的发现使结构相变研究提高到一个新阶段,并在70年代中期形成了研究高潮。这种中心峰的广泛存在,特别是它的非常窄的宽度,吸引了大量的理论研究工作。但到目前为止,中心峰问题仍没有完全解决。中心峰表明了简单的软模理论对于结构相变的正确描述是不完全的。中心峰应与相变点附近的涨落有关。
液体的中心峰(瑞利峰)早就为人们所熟知,它与熵的涨落相联系。中心峰是一个比较普遍的现象,现在不但在铁畸变和反铁畸变的晶体中。在位移型和有序-无序型结构相变的晶体中观察到,在无共度相变,马氏体型相变,合作Jahn-Teller转变,液晶相变以及金属-绝缘体转变中都观察到。由于实验上的困难,积累的数据还不充分,也没有满意的理论。或许我们可以简单地认为,中心峰的出现是牛顿-庞加莱凝聚的结果,它们当然不可能是玻色-爱因斯坦凝聚的结果。
牛顿-庞加莱统计会自动将能级劈裂,原子有两种运动方式,一种是在准平衡位置振动,对应于软模。另一种是在劈裂的能级上下跳动,这是一个慢过程,导致中心峰出现。
奥尔恩斯坦和则尔尼克第一次提出:临界点附近不同点的涨落不是互相独立的,彼此有关联。即使分子间是短程作用力,也可能出现长程的关联。这个重要的概念后来被越来越多的实验所证实。气液临界点和二元液体混合临界点上都观察到可见的临界乳光。不透明介质的临界点(如合金的有序-无序相变,铁磁转变等)上发现X射线及中子散射的反常增大,其规律与临界乳光一样。我们知道牛顿-庞加莱凝聚确实可以起到将短程涨落变成长程关联的作用。
在连续对称情况下,软模被称为量子场论里的Goldstone粒子。Goldstone证明对于一大类对称性自动降低的模型,它们总是包含自旋为0且无质量的粒子。许多研究者认为Higgs理论也应该包含一个无质量的Goldstone粒子,但是Goldstone本人认为Higgs模型并不满足他论证的条件。现在由于牛顿-庞加莱统计的出现,无质量的Goldstone粒子和Higgs粒子之间并不矛盾。就像是波-粒二象性一样,软模和中心峰之间存在对偶关系,因此无质量的Goldstone粒子也可以与有质量的Higgs粒子间存在对偶关系。
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 楼主| 发表于 2015-8-9 13:40:38 | 显示全部楼层

热-机械效应只在氦II中发生,而在其他液体中没有这种现象,当加热时,液体朝加热方向流动。可用二流体模型来解释热-机械效应。当对容器的右方加热时,超流体转变成正常流体,因此有更多的超流体从左方通过毛细管流向右方,以补偿浓度的差异。补偿这种差异的另一方法是让正常流体从右边流向左边,而这是不可能的,毛细管的摩擦力使它不可能通过。因此,总的结果是液体向热的方向的净流动,这就解释了氦II中物质向热的方向流动的原因。二流体模型还可对高热导率进行解释。使氦原子从零点能激发到氦I状态,必然提供能量,因此在对流传热过程中,所带走的热量不仅是因为液体比热的需要,更重要的是这种极高的激发能。
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 楼主| 发表于 2015-8-9 13:41:49 | 显示全部楼层
太阳的日冕温度越往上越高,日冕高层的温度高达100万度以上,任何经典的导热机制都无法解释日冕的反常高温现象。假如太阳大气中的粒子自发地组织成一个个的生命呢?这可以解释日冕的反常高温现象了。
事实证明我的观点应该是正确的,因为太阳色球-日冕过渡层的温度大致与色球-日冕过渡层的质量密度成反比:1/m。太阳大气低层的粒子组成了小生命,吃进了热量再传递给稍微靠上一点的大气层,依此类推,就可以得到上述的结果,结果就是太阳色球-日冕过渡层的温度反比于其质量密度。
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 楼主| 发表于 2015-8-9 13:44:16 | 显示全部楼层
可以对照热力学几大定律建立宇宙热力学的几大定律。
热力学第0定律:温度的可传递性。
宇宙热力学第0定律:同时的传递性。
热力学第1定律:能量守恒。
宇宙热力学第1定律:宇宙的总能量守恒。
热力学第2定律:孤立系统中熵只增不减。
宇宙热力学第2定律:宇宙是一个熵不变系统。
热力学第3定律:绝对零度不可达。
宇宙热力学第3定律:有质量粒子不能到达无穷远点,只有无质量粒子才能够到达无穷远点,绝对零度是一种特殊的无穷远点。
从几何观点考虑地球和月亮之间的吸引力,可以认为地球和月亮的质心构成了对合点,迫使地球和月亮之间的时钟同步。按照Felix Klein的自同构群理论,保持对合点不变的变换构成了一个自同构群,相应地可以得到欧几里德几何、双曲几何或椭圆几何。但是这种同时的传递性只在局部成立。
在微分几何里,对合自同构群是非线性方程解的存在性的必要条件,例如杨-Mills场、广义相对论都是非线性理论,其中完全可积精确解的存在起重要作用,手征场模型与自对偶杨-Mills场,以及轴对称引力场(Ernst方程)都存在对合自同构解。不过也是在一种特殊的时空中实现的,它们均具有非平庸孤子解,这些孤子解常可用伪球面描写,并可用Bācklund变换得到新解。
对于宇宙而言,时钟同步实现起来可能很困难。对于核子而言,它内部的夸克之间的时钟肯定是同步的;费曼的部分子用的是无穷大动量参照系,相当于部分子之间的时钟是相互隔离的,从而引出了渐进自由的概念,渐进自由和夸克禁闭显然是互相矛盾的一对概念。现在,在我们的理论中,这一矛盾得以化解,假如我们迫使夸克之间的时钟同步,在代数几何中相当于层化,也相当于迫使欧几里德第五公设成立,这时的夸克就是禁闭的。所以说,夸克都是层子。
我们的理论隐含了破解另外两个谜题的线索。量子场论不寻常的性质之一是,当时间成了虚数时,它在形式上就简化成了统计力学。具体来说,时间t与绝对温度T(以能量为单位)有关,引入普朗克常数,费曼振幅(具有特定的选择端点)就映入统计力学的配分函数(partition function)。
K.G. Wilson最初的重整化构想是用配分函数表述的。为什么会有时间和温度的关联,这一直是个谜。现在我们看到,在量子引力里,时间和温度确实自然地关联了起来。
这种关联还使我们可以从量子引力的角度解释Casimir效应。详细的解释可以参见E. Bick和F.D. Steffen编写的《物理学中的拓扑和几何》一书的“Center Symmetry和禁闭”一节,该书详细地推导了Stefan-Boltzmann定律和Casimir效应之间的同构关系。这里我们只需要指出一点就够了,有了量子引力后,量子场论的无穷大真空态确实是多余的,爱因斯坦可以坚持他的信念,真空就是“真”空。
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 楼主| 发表于 2015-8-9 13:47:06 | 显示全部楼层
宇宙存在的本身足以证明宇宙热力学第2定律的正确性,没有比宇宙更“孤立”的系统了,按照Boltzmann的热力学第2定律,宇宙早应该处于“热寂”状态了,而我们观察到的宇宙却充满了活力,这说明熵只增不减只是个局部的、特殊状态下的定律。
熵不变系统有很多有趣的性质,例如氦4的超流部分就不携带熵,假如你加热氦4超流体,热量不是从高温端流向低温端,而是反其道而行之,从低温端流向高温端。超流氦4液体留下了很多理论谜题。有些部分肯定是对的,例如太阳的日冕层的热量传递也是从低温端流向高温端,变成X射线辐射出去。
有两种方法解决Gibbs佯谬,一种是用量子统计的方法,但是这个方法只是回避了经典统计的Gibbs佯谬,经典统计的Gibbs佯谬仍然存在。一种是利用牛顿-庞加莱统计和MB统计之间的对偶性的方法,这样就彻底解决了经典统计中的Gibbs佯谬。事实证明也是如此,假如氦4超流部分经历的是玻色-爱因斯坦凝聚,常流体和超流体仍然是不搭界的两群,比热将是与温度的3/2次方成正比。实验表明,氦4的比热与温度的三次方成正比,这就说明,可能牛顿-庞加莱统计也起了重要作用,可能是MB统计先和牛顿-庞加莱统计对偶,然后牛顿-庞加莱统计再转换成玻色-爱因斯坦统计。
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 楼主| 发表于 2015-8-9 14:55:43 | 显示全部楼层
我发现的宇宙模型非常有趣,我们的宇宙位于一个五维的虚拟黑洞的四维视界上。这好像是回到了托勒密的宇宙观,但已经有了本质的不同,宇宙有些像地球的表面,地球的表面是2维的,宇宙是四维的,地球的表面由陆地支撑,五维黑洞却是“冻结”在四维视界里的,因为齐次坐标维是个数学纬度。这让人想起了阿尔文的磁场冻结理论,宇宙和地球以及太阳等天体有相似之处并不奇怪,宇宙只不过是一个最大的天体而已。不同之处在于宇宙是个永动机,这里面就大有学问了,因为明的世界里熵一直在增加,这就需要暗的世界里熵减少,因为宇宙的总熵是不变的。
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 楼主| 发表于 2015-10-15 06:46:55 | 显示全部楼层

三界

高等生物有三界:动物、植物和真菌界。可能学问也有三界:牛顿-拉普拉斯的决定性世界、混沌的世界和庞加莱的世界。前两界研究的人很多,庞加莱世界是我起的名字,没有人系统研究过,事实上,这是很大的一界,因为所有生命都属于这一界,粒子都属于这一界。庞加莱最早提出了庞加莱复现原理,以前,只有普里高津在庞加莱复现原理的基础上前进了一些,他在《从混沌到有序》和《从存在到演化》两本书里表达了他的观点。
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 楼主| 发表于 2015-10-26 13:13:24 | 显示全部楼层

《庞加莱回归论》

始态复现定理
“1892年法国大数学家庞加莱(H. Poincaré)证明了一条定理:孤立的、有限的保守动力学系统在有限的时间内回复到任意接近初始组态的组态。”(《热学》197页)
也就是说,一个不受外力作用的有限闭合的孤立的物质运动系统,必将作周期循环式的内在运动,这叫始态复现定理,也称庞加莱回归论。
这意味着,如果我们的宇宙物质体系是一个不受外力作用的有限的闭合的量子化的物质体系,它必将作周期循环式的运动(我们可以把它的运动周期称为庞加莱周期),这个观点对于我们证明宇宙物质体系的无限性至关重要。
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 楼主| 发表于 2015-11-1 04:28:19 | 显示全部楼层

不解的疑团——热寂之谜

回到热力学第二定律的描述上来。热力学第二定律把不可逆热传播的结果纳入了能量守恒的世界,表明了自然界存在着一种使能量逐渐贬值的“普遍”趋势。这里的“普遍”一词,显然具有宇宙的含义。由此,自然界中能够产生效应的差别在逐渐减小,世界在从一种转换走到另一种转换的过程中逐渐用完了它的种种差别,而趋向热平衡的终态。
有什么系统能比整个宇宙更“孤立”呢?对于宇宙来说,已根本不存在“外界”,没有任何体系存在于宇宙之外。正是这个概念构成了解情况1865年克劳修斯对热力学两个定律所作的宇宙学的论断:“宇宙的能量是常量;宇宙的熵趋于最大。”热力学定律得以提升到宇宙学的高度,显示了豪迈的气魄。现在,不断增加的熵控制了自然过程的方向,这些过程最终把系统带到对应于熵值极大的状态,即热力学“平衡态”。正如克劳修斯所说:
“宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态,那就任何进一步的变化都不会发生了,这时宇宙就会进入死寂的永恒状态。”我们已经知道,对于时间问题的认识有一递进的过程。19世纪在物理学中引进时间之箭,然而,有趣的是,时间之箭导致了趋向平衡和死寂。这多少使人有点茫然不知所措。“热寂”之说困惑了物理学界甚至整个科学界,乃至于哲学界。
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 楼主| 发表于 2015-11-1 04:30:56 | 显示全部楼层

不解的疑团——热寂之谜

“热寂”之说困惑了物理学界甚至整个科学界,乃至于哲学界,引起震惊、关注,争议延续一个多世纪。显而易见,“热寂”是属于科学上无法用观测和验证做出最后判决的学术问题,引起关注以致争论是难免的。应该说,在能量守恒成功地推广到宇宙,“放之四海而皆准”之后,作为一个正确的自然科学规律的热力学第二定律推论到整个宇宙是很自然的事,有点水到渠成的味道。这些要完全摈弃这个推论——“热寂”——并非轻而易举。
诚然,一切差别、一切变化终归于消灭的“死寂”状态,展示了一幅平淡、无差别、死气沉沉的宇宙图像,给出令人沮丧的前景——“世界末日”。然而,就目前而论,完全看不到宇宙有任何“热寂”的迹象,实际展现在人们面前的宇宙图像完全是一幅丰富多彩、千差万别、生机盎然的,与“热寂”所描述的图像完全背道而驰。“热寂”之说是以成为一谜。
谜底何在呢?为解开这个谜,使物理学从此困境解脱出来,各种设想、假说,众说纷纭、莫衷一是。最具影响力的当推玻尔兹曼和朗道的两种观念。一种是玻尔兹曼提出的,即所谓涨落的说法。他认为整个宇宙处于平衡状态,但是我们的地球正好处在一个大的涨落状态,是偏离平衡态的。这一说法也有其困难之处。涨落是偏离平衡态的,但它毕竟还是接近于平衡态,处于平衡态的附近,小的涨落不断发生而大的涨落十分罕见。因而,由平衡态出发,单纯由于涨落效应而避免“热寂”,看来难以成立。但是在远离平衡态,涨落可能起了触发失稳的作用,导致不同形式的花样的产生和覆灭,对于形成丰富多彩的世界起了相当关键的作用。这也许是玻耳兹曼本人还没有意想到的。
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 楼主| 发表于 2015-11-1 04:34:46 | 显示全部楼层

不解的疑团——热寂之谜

解决“热寂”之说的另一种说法是朗道(L.D. Landau)所主张的。认为当考虑宇宙的大区域时,引力场起了重要作用,涉及范围越大,引力的作用就越突出。在天体物理领域,引力效应更是有着举足轻重的重要作用。当然,有不少问题暗示着要同时利用热力学和相对论。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,使得实际上的广大宇宙的区域始终处于远离平衡的状态。远离平衡时,层出不穷的新花样使人目不暇接,早已为人所领教。很清楚,从远离平衡这个角度更容易理解引力作用这一点。依前所述,在远离平衡态,系统可察觉、感知外部的场(比如引力场)的作用。
然而一个外部场(引力场)又怎能改变平衡状况呢?就地球引力场而言,其量级较小,只有在高山上才能感受到大气压力或大气组成的明显变化。回忆瑞利-贝纳尔的对流失稳,从力学角度来看,其不稳定性的原因就在于热膨胀引起低密度流体的上浮。换言之,正是引力在这里起了主要作用,由此导致了一种新的结构。有一点须注意,引力在如此薄层(贝纳尔体系可以只有几毫米的厚度)上的效果,在处于平衡态时,当然可以忽略(事实上我们处理问题时已忽略)。但是,当它处在由于温度差所引起的非平衡态,引力的宏观效果甚至在如此薄层中也明显可见,足以说明引力对于广袤的宇宙的巨大影响力。
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 楼主| 发表于 2015-11-1 04:41:23 | 显示全部楼层

视野扩展——表观上的差异

从表观上看,生物进化或天体演化,这二者的时间之矢与我们物理学中熵增加趋于平衡的时间之矢似乎有很大矛盾。在物理学中,依循热力学第二定律,能量无时不在贬值。正因为此,从有组织的宏观动能转化为无规的热能,其支持有组织的结构的能力,自然就要减弱。也就是说,这些结构将变得缺少组织性,因此具有更多的随机因素。请注意,正是组织性才使得系统具有内部多样性,随着系统能量不断贬值,系统间的差异也就减少,故第二定律指向一个逐渐均匀的未来,这是一种从有序到无序的演变。而就生物进化而言,其图像却截然不同,指向了相反的方向。即,从简单到复杂,从生命的“低级”形式到生命的“高级”形式,从无区别的结构到层次众多、复杂无比的结构,意味着从无序到有序的演变。而且这里生物学的有序性亦独树一帜,既是结构上的,也是功能上的。且在细胞的或超细胞的水平上,通过一系列不断增长复杂性和层次特点的结构和耦合功能表现出来,这和孤立系统所描述的演化概念正好相反。天体演化也有类似情况,从恒星到星团、星系的形成所显示的图像,也和朝向平衡态过渡迥异。
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 楼主| 发表于 2015-11-1 04:48:11 | 显示全部楼层

“熵”中看“光”——独辟蹊径

爱因斯坦在他的奇迹之年(1905年)发表的第一篇重要论文,题为“关于光的产生和转换的一个推测性的观点”,其中明确地提出了光量子(现简称为光子)的概念。他的基本思路来自他几年前所关注的分子动理论与统计力学。他将充满一定体积中理想气体的熵和一定体积的空腔中辐射(即光)的熵进行了类比,利用玻尔兹曼的熵的统计解释,就可以轻而易举的得出前者是和体积的对数成正比关系。即气体充塞于较小的体积之内,密度甚大,相当于有序相,是低熵态;当这些气体原子通过扩散过程,终于均匀地分布于较大的体积之中,对应于无序相,乃是高熵态。爱因斯坦的物理洞见即在于认定在空腔中光的熵与体积关系也应如此。从而在此基础上他就提出了光量子的概念:光是由大量的光子所组成的;一个光子所具有的能量为hv(h为普朗克常数,v为光的频率),和普朗克在他的黑体辐射理论所假设的能量量子等同。爱因斯坦相当慎重地采用“推测性观点”为题,就在于说明它还缺乏严格的理论推导。他的基本观点可以归结为:对时间平均值(即统计的平均现象)而言,光表现为波动;而对于瞬时值(即涨落现象)而言,光则表现某种粒子的特征。这是在科学史上首次揭示了微观客体呈现了波和粒子的二象性,具有划时代性的重要意义。
在这篇论文的最后一节中提到了光电效应。爱因斯坦认为勒纳德(P.Lenard)所测出的金属表面发射的电子所具能量与照射光的波长有关这一现象,可用光量子来给出定量的说明。在10年以后,密立根(R.A.Milliken)对光电效应进行了精确的测量,所求出的h值和普朗克由黑体辐射理论得出的h值基本一致,使光量子的概念得到了令人信服的证实。
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