宇宙熱寂是什麼意思?宇宙最後有可能熱寂死亡嗎

時間 2021-07-12 15:35:53

1樓:英語默寫

熱寂理論(heat death)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為乙個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有性能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。

這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。

宇宙不但不會死,反而會從早期的熱寂狀態(熱平衡態)下生機勃勃地復甦假定有兩類物質,一類是輻射,另一類是粒子,輻射溫度tr與粒子溫度tm不一樣。那麼,按照經典熱力學,經過一段時間以後,tr與tm必定相同。這是在靜態空間中做出的結論。

然而,假如上述空間是膨脹的,結論就完全不同了。由於在膨脹過程中,不同物質的溫度降低的程度不一樣,輻射溫度降低較慢,粒子溫度降低較快,就會造成tr大於tm而產生溫差。這與經典熱力學的結論正好相反。

雖然這個溫差會由於輻射與粒子之間的碰撞而消失,以至達到熱平衡,但是由於達到平衡所需的時間比宇宙膨脹所需的時間要長,因而輻射和粒子之間就永遠不可能達到熱平衡。此時系統的熵儘管不斷增加(這與熱力學第二定律相符),但它離平衡態卻越來越遠。而宇宙中發生的正是這種變化。

另一方面,宇宙膨脹的原因是由於引力的作用。有引力作用的熱力學與無引力作用的熱力學得出的結論完全不同。在不考慮引力的經典熱力學中,加熱則體系公升溫,冷卻則體系降溫,熱容量是正值。

而在乙個自引力體系中情況剛好相反,加熱則體系變冷,放熱則體系公升溫,熱容量是負值。而負熱容物體的存在對於熱力學來說具有根本性的影響。在乙個體系中,如果同時存在著正熱容物體和負熱容物體,那麼這個體系就具有極大的不穩定性。

稍有擾動,平衡就會徹底遭到破壞而產生溫差。只要有自引力體系存在,原則上就不存在穩定的熱平衡,而宇宙間的天體或天體系統大多數正是這種自引力系統。儘管自引力系統中熵是增加的,但由於沒有熱平衡,因而熵的增加是無止境的,永遠都沒有極大值。

[21]因此,「熱平衡的存在對整個熱力學是至關重要的,熱平衡是熱力學的出發點。而對於引力起決定作用的體系,實際上不存在熱力學意義上的熱平衡態,而是不穩定的狀態」。([15],p.

92)這種現象在靜態宇宙模型中是不可能發生的

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