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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
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这部分能量导致了熵增,熵增定律在很多自然现象中都可以体现出来。因为这是自然界自然的发展方向,就是从有序到无序的转变。xL7拜客生活常识网

熵增定律在物理分子上也有很直观的解释,就是由于分子间存在碰撞等能量的交换,所有的分子都会有变层,无规则混乱无章相对运动最低的趋势,不会出现局部分子速度跟周边分子速度存在巨大差异的情况。在宏观上表现为物质的能量,都有向热能转化的趋势,就像是高温向低温转化一样,因为温度便是分子无序运动这就是物理特性xL7拜客生活常识网

这个就是玻尔兹曼输运方程,关于此方程描述的系统,一个经典的例子是空间中一具有温度梯度的流体。构成此流体的微粒通过随机而具有偏向性的流动使得热量从较热的区域流向较冷的区域。另外的一个就是我们还要理解熵的概念。有序和无序只是便于理解,实际上无序是大概率的意思,有序是小概率。事物总是往大概率方向发展,就是增熵。xL7拜客生活常识网

之所以说,熵增定律是一个让人绝望的定律,如果把整个宇宙想象成一个孤立的系统,那么宇宙的熵就会越来越多,直到宇宙不再进行能量的交换,如果没有能量的交换宇宙就会停止运行。xL7拜客生活常识网

这就是“热寂说”。熵达到最大值,不再增加,全宇宙达到热力学平衡,处处均匀,时间就会失去意义。xL7拜客生活常识网

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二、庞加莱回归xL7拜客生活常识网

根据熵增定律,如果把我们宇宙看成一个封闭系统,那么宇宙最终会达到热寂状态,难道我们真的没有办法阻止熵的增加吗?xL7拜客生活常识网

在1890年,法国科学家庞加莱证明了一个定理,说“力学系统经过足够长的时间后,总可以恢复到初始状态附近。”xL7拜客生活常识网

宇宙就是一个巨大的力学系统,根据庞加莱定理,宇宙经过足够长的时间后,必定会回到宇宙开始的某个时刻,宇宙的熵自然也会回到原来的时刻;庞加莱定理看似和熵增定律矛盾,实际上两者是统一的,因为热力学定律是基于统计原理的。xL7拜客生活常识网

比方说,我们手中有十张麻将牌,一万到九万依照数字左小右大顺序摆放,这时动物园的饲养员牵来一只黑猩猩,它很聪明。xL7拜客生活常识网

你看见黑猩猩后,心念一动,将排好顺序的麻将牌打乱,并命令黑猩猩将麻将重新组合成最先开始呈现的顺序,即:一万、两万、三万....直到九万。xL7拜客生活常识网

那么黑猩猩毕竟不是人,也没有经历过专门的训练,只能随机将麻将牌排列组合(包含重复排列),那么它有多大的概率能将这九张牌重新完成最初的排序?xL7拜客生活常识网

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笔者自行测试了下,电脑死机了三次,估摸数值应该在百万次左右。xL7拜客生活常识网

庞加莱定理就是考虑了这种特殊情况,而且证明在足够的时间上肯定会发生;在实际当中,我们都是在一个很短的时间范围内,去研究一个力学系统,那么庞加莱定理的情况,几乎是不可能发生的。xL7拜客生活常识网

如果把庞加莱定理作用于整个宇宙,那么平均来说,宇宙首次回到最初状态的时间,就叫做”庞加莱重现时间“,这个时间非常长,大致的数量级是10^(10^(10^))年。xL7拜客生活常识网

以当前人类的文明程度来看,远远没有达到看到或者计算出宇宙重启的能力。xL7拜客生活常识网

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