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庞加莱回归是宇宙的宿命?

常驻编辑 科普中国 2022-08-01 宇宙   热力学   黑猩猩   定理   概率   定律   物体   宿命   能量   时间   系统

庞加莱回归的时间是10……(一万个零)年吗?xL7拜客生活常识网

庞加莱回归的时间是10……(一万个零)年。xL7拜客生活常识网

虽然物理实验结果一直支持热力学的不可逆性,但是庞加莱证明了一个定理,使得宏观不可逆性问题变得特别尖锐。xL7拜客生活常识网

亨利 庞加莱xL7拜客生活常识网

这个定理的主要结论是,对于有限体积的系统,除了极少的情况下,系统必然会在经历过一段时间后回复到初始状态附近,更惊人的是,这种回复具有无限次。xL7拜客生活常识网

无论牛顿运动方程,还是薛定谔方程,都存在时间反演的解,这就意味着,气体的自由膨胀和自发收缩都是合理的物理过程。然而,宏观上只有自由膨胀,没有自发收缩。这是宏观热力学与微观运动学的一个尚未调和的矛盾。xL7拜客生活常识网

宇宙大爆炸想象图xL7拜客生活常识网

宇宙的熵能可以逆转吗?庞加莱回归究竟是什么呢?xL7拜客生活常识网

“熵”是统计学的概念,一个封闭系统的熵总是趋向于增大,也就是我们说的熵增定律;但是在物理学中,还有一个“庞加莱重现时间”。xL7拜客生活常识网

一、熵增定律xL7拜客生活常识网

熵增定律通俗易懂解释是:热量从高温物体流向低温物体是不可逆的。xL7拜客生活常识网

熵用通俗的语言来说就是可能性。熵增原理,就是事物发展的方向,总是朝着大概率的方向变化。比如,沙漠下雨是小概率事件,所以明天沙漠是不会下雨的。xL7拜客生活常识网

简单地说熵是衡量我们这个世界中事物混乱程度的一个指标,热力学第二定律中认为孤立系统总是存在从高有序度转变成低有序度的趋势,这就是熵增的原理。xL7拜客生活常识网

也就是说,系统由有序转变为无序被的过程是熵增。xL7拜客生活常识网

金属冷热传导示意图xL7拜客生活常识网

比如,系的鞋带会开;家中铺得很整齐的床单睡过后会变乱。当然这么讲比较粗浅,或者说不太直观,我们生活中有太多具体的例子可以阐述这一理论,比如:xL7拜客生活常识网

比如,一滴墨滴进清水里,清水会变黑;用热水壶烧水其实就是一个熵增的过程,烧水壶在电能的驱动下将水壶里的冷水烧热,而电能又是发电厂通过烧煤蒸腾水驱动发电机而产生的...xL7拜客生活常识网

再进一步简单、笼统地说,“热力学第二定律”:xL7拜客生活常识网

---一个热的物体和一个冷的物体放在一起,热的物体会变冷,冷的物体会变热等,物理系统总是会趋向平衡状态。xL7拜客生活常识网

----一个系统的温度是不均匀的,它慢慢趋向均匀;一个溶液的浓度是不均匀的,同样它会慢慢趋向均匀。xL7拜客生活常识网

---热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。xL7拜客生活常识网

熵增定律是怎样的,它为何是最让人绝望的物理定律?xL7拜客生活常识网

熵增定律能使宇宙的能量和热量达到越来越高,直到不能进行交换能量,宇宙的能量和热量开始从有序到无序的变化,当宇宙达到热力平衡,时间就没有任何的意义。xL7拜客生活常识网

从物理的角度来讲,我们可以将熵看成一个衡量系统能量混乱度的物理量。xL7拜客生活常识网

熵低的系统,有序程度高,熵高的系统就比较混乱。xL7拜客生活常识网

从能量的角度可以理解为,能量在转换的过程中无法实现100%的利用,总有部分能量被消耗掉,变成混乱无序的热能。

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