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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 2016-10-30 05:26:03 | 显示全部楼层

熵力

根据韦尔兰德的推导,他得出的结果是引力不是一种基本力,而是一种宏观力,来源于熵力,本质上与弹力、压强等相同。同时质量和惯性也是宏观现象。他认为,引力的现象是由于两个质量物体之间的全息表面的熵(平均信息量)的改变导致系统能量改变所引起的。[他也通过统计物理与全息原理推导出了牛顿万有引力定律与爱因斯坦理论。根据他的理论,全息原理和量子力学才是基本原理,而爱因斯坦理论则是一种可以推导出来的现象。
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 楼主| 发表于 2016-11-1 05:39:47 | 显示全部楼层

绝对熵减

引力能使绝热铜球系统或铜棒产生熵减,如果按熵增原理和耗散结构理论,系统内熵减必然伴随外界环境的熵增为代价, 也就是说地球引力的作用过程将伴随熵增,下面对这个问题进行分析:
   我们用引力使物体运动作为研究对象,如单摆,引力虽对单摆运动产生作用,但单摆运动一个周期引力并未做功,引力并不因单摆小球处于不同的位置而伴随变化,因为引力常数仅与地球质量有关。对于铜棒,铜原子只能在一特定的位置附近振动,引力不能使分子产生位移,故引力不能对铜原子做功,引力也没有导致绝热铜棒内的热量流出,即引力不能使熵流流出。引力对外作用并不伴随自身的熵变,所以说引力导致的熵减是绝对熵减。
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 楼主| 发表于 2016-11-4 07:31:52 | 显示全部楼层

不黑暗

有意思的是,另一个基于热力学的悖论则认为天空应该是完全黑暗的,即克劳修斯佯谬。热力学最基本的定律之一指出,热量从热的区域传至冷的区域,直至达到温度的平衡。这在日常生活中很常见,比如一杯热咖啡会慢慢冷却到室温。我们不可能看到它会通过降低周围的温度来自发加热。根据热力学,恒星也最终会冷却。在一个永恒的宇宙中,恒星应当早就消失在宇宙之中,而留下一个处处温度一致而毫无生机的宇宙。那么,为何现在的宇宙并不寒冷,也不黑暗呢?
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 楼主| 发表于 2016-11-15 10:39:39 | 显示全部楼层

妖精

英国物理学家麦克斯韦在热理论的研究中意识到宇宙间应该存在一种与热力学第二定律所描述的熵增反向的能量控制机制,否则宇宙将不可逆地走向热寂,一切秩序都无从谈起,但他无法清晰地阐释出这种机制。1871年,他在《热理论》一书的末章“热力学第二定律的限制”中,诙谐地将这种假想中的机制命名为“妖”。麦克斯韦妖有极高的智能,可以判断分子的行踪和速度,并依据这样的信息开关不同的容器的门以将不同速度的分子导引到不同的区域以实现热力学第二定律的逆过程。
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 楼主| 发表于 2016-11-26 04:51:57 | 显示全部楼层

自然辩证法

实际上,“热寂说”刚刚提出,恩格斯就在1869年3月21日致卡尔·马克思的信中指出,“这种理论认为,世界愈来愈冷却,宇宙中的温度愈来愈平均化,因此,最后将出现一个一切生命都不能生存的时刻,整个世界将由一个围着一个转的冰冻的球体所组成。我现在预料神父们将抓住这种理论,把它当作唯心主义的最新成就”,用来作为“必须设想有上帝存在”的论证,而这种论证实质上是与辩证唯物论背道而驰的。1873年,恩格斯开始写作《自然辩证法》,在为该书准备资料的过程中,写下了许多批判“热寂说”的札记。由于一些原因,这些言论和札记当时并没有公开发表。50多年后,才随着《自然辩证法》的出版而为人所知。
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 楼主| 发表于 2016-11-28 06:45:05 | 显示全部楼层

运动不灭原理

恩格斯指出,“热寂说”由于断言宇宙中的一切运动都将最后转化为热,因而违反了辩证唯物主义的基本原理——运动不灭原理(它所对应的科学定律是能量守恒和转化定律,即热力学第一定律),“克劳修斯的第二原理等等,无论以什么形式提出来,都不外乎是说:能消失了,如果不是在量上,那也是在质上消失了。熵不可能用自然的方法消灭,但可以创造出来。宇宙钟必须上紧发条,然后才走动起来,一直达到平衡状态,而要使它从平衡状态再走动起来,那只有奇迹才行。上紧发条时所耗费的能消失了,至少是在质上消失了,而且只有靠外来的推动才能恢复”。在这个分析的基础上,恩格斯联系科学史指出,“作为冷却的起点的最初的炽热状态自然就绝对无法解释,甚至无法理解,因此,就必须设想有上帝存在了。牛顿的第一推动就变成了第一炽热”。恩格斯认为,这是历史的又一次重演,克劳修斯就这样像牛顿一样从形而上学滑向了唯心主义。
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 楼主| 发表于 2016-12-7 08:44:16 | 显示全部楼层

有序的结构

在经典科学中,我们可以发现的最有序的结构就是晶体。晶体是刚硬的,不可移动的结构。在玻色-爱因斯坦凝聚态中,量子特性允许既具有“流动”的秩序也具有高度的一体化。在玻色-爱因斯坦凝聚态中每一个粒子弥漫在所有的空间中,任何时候在任何容器中保持着凝聚态。它们许多的特性是相关的。它们像一个粒子一样整体地行为。凝聚态像单个粒子一样行动。不存在“噪声”或者在分离的的部分之间没有干涉。这就是为什么超流体和超导体具有其特殊无摩擦的性质而激光变得如此一致。超导体、超流体和激光是玻色-爱因斯坦凝聚态。激光束的光子重叠其边界,并像单个光子行动,而整个系统可以用一个单个的方程来描述。
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 楼主| 发表于 2016-12-10 14:53:13 | 显示全部楼层

序参量

对于超导和超流转变,序参量的含义不那么直观。这两种现象是宏观范围内表现出来的量子效应,让我们用“宏观波函数”来描述它们。这就是超导体中的 “能隙”参量,因为激发一个电子或“空穴”所需的能量要大于能隙的绝对值。
找出连续相变中的序参量,研究它的变化规律,是相变理论的首要任务。虽然序参量的结构很不一样,但在临界点上其绝对值连续地趋于零这一点是共同的。
序参量通常可以和一定的外场耦合。这些场称为“对偶场”。序参量和对偶场是一对热力学共轭变量。对偶场往往可以从外部控制。对偶场为零时,序参量在临界点自发出现,使对称破缺。下表列举了几种物理系统的序参量、对偶场、破缺的对称和恢复对称的模式。
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 楼主| 发表于 2016-12-12 05:15:54 | 显示全部楼层

平均场理论

并不是一切序参量和对偶场都是宏观可测的物理量。例如,反铁磁体的序参量是一个次晶格,而不是整个晶格的平均磁化强度,它可以用磁共振的办法测量。
1937 年朗道提出的平均场理论是非常普遍的。连续相变的主要特征是序参量在相变点连续地从零变到非零值。在临界点附近,序参量是一个小量。许多不同领域中提出的平均场理论,形式虽很不同,但实质却一样,主要表现在临界点附近的行为相同,临界指数的数值彼此相等。可以证明外斯的“分子场理论”等理论与朗道理论的等价性。
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 楼主| 发表于 2017-1-16 16:06:45 | 显示全部楼层

重正化群

为什么在临界点会有如此普遍的标度性质,卡丹诺夫给出了一个非常直观的物理图像。这是以后发展起来的“重正化群”理论的基础。既然在临界点上关联长度是无穷大,那么不管用什么尺子来量,它都是无穷大。远离相变点时,关联长度与相互作用长度差不多。在相变点附近,由短程作用导致长程关联的理论手段,就是自相似的标度变换。假定有一个线性链,每个格点被金属球占据的概率为P。把线链分成元胞,每个元胞中有2个格点。要使整个元胞导通,元胞中每个格点必须导通。因此元胞导通的概率是单个格点导通概率的乘积。用P'表示元胞导通的概率,它是格点导通概率P的函数。这个函数当然与元胞尺寸有关,把它记为R(P)。一般情形下R可能很复杂,对一维链则很简单,通常把R(P)叫做P的“重正化变换”,即从格点的导通概率变换成元胞的导通概率。
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 楼主| 发表于 2017-9-6 07:26:11 | 显示全部楼层

谜底

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:t =iħ/T。在这种等式下,费恩曼振幅就映入统计力学的配分函数。为什么会有时间和温度的关联,这还是个谜。
谜底在熵波上,从傅立叶的热传导方程出发无法推导出熵波的波动方程,热传导方程是实时间的方程。但是假如我们从质-能关系式和薛定锷方程出发,却可以直接推导出熵波的波动方程,薛定锷方程是虚时间的热传导方程。此时,熵波的波动方程化为薛定锷方程:Eψ= Hψ;换句话说,熵波的波动方程与薛定锷方程在局部是同构的,只不过熵波将能量传递出去后,能量会被耗散掉,而薛定锷方程将能量传递出去后,能量马上又被吸收了回来;用新量子物理的话说:动态重正化。
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