五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】(零)经济物理学原理 -- 唵啊吽

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      • 家园 看起来不少人对熵增原理应用于全宇宙还是有误解

        用通常的观点看,(尽管是有限的)宇宙其实不是一个“正常”的热力学系统。

        因为,我们通常讨论的热力学系统中,物体的能级总是有个正常的下界/基态。但是宇宙尺度上的引力和其他相互作用不同,引力是无法屏蔽的,而且也只有吸引一个方向,当质量大到一定程度以后,任何相互作用都无法和引力抗衡,造成的后果是--引力系统的能量没有正常下界,或者说,这个基态是一个奇点(其实就是黑洞啦)。

        这个性质表现在熵上,就是熵没有一个正常的上界。所以,在远离奇点的时候,尽管宇宙的总熵在不断增加,但是始终够不到这个上界,我们总能找到足够的负熵,使我们的世界越来越有序。还有一种等价的说法--宇宙的熵在不断的增加,但是宇宙在当前状态下可能达到的最大的熵增加的更快,所以看起来宇宙是有序的。当我们接近奇点的时候,我就不懂了,需要去问霍金同学。

      • 家园 这里面有些问题。

        1。宇宙的最终归宿,现在还不清楚,尤其在对宇宙物质组成的研究(可见物质,暗物质和暗能量)以及测量到宇宙在加速膨胀这个事实后,已经开始对原来的大爆炸理论开始修正,最终结果还不清楚。现在也提出了一些新的model,有的model推测出来的结果还是“热寂”的。

        2。热寂的意思是指在宇宙末日,宇宙中除了热能外,再也没有其他有组织的能量形式,这个时候宇宙的熵增加到极点。这个学说本身也不排斥,宇宙末日的温度趋近于绝对零度。

        3。地球文明的发展依赖于宇宙向地球系统输入的能量。正因为这种输入,才出现了负熵。但是我们不能推论整个宇宙系统都在文明化,成了负熵。宇宙中必然存在负熵和正熵,但是总体上很难说是负熵。而且我认为从宇宙开始谈论熵并引申到其他学科,不妥当。

        4。熵之所以可以用到其他学科中,是因为借用了其统计学意义。以下引用教科书上的话。1877年,玻耳兹曼发现单一系统中的熵跟构成热力学性质的微观状态数量相关。可以考虑情况如:一个容器内的理想气体。微观状态可以以每个组成的原子的位置及动量予以表达。为了一致性起见,我们只需考虑包含以下条件的微观状态:(i)所有粒子的位置皆在容器的体积范围内;(ii)所有原子的动能总和等于该气体的总能量值。玻耳兹曼并假设: S = k(ln(omega)) 公式中的k是玻耳兹曼常数,omega则为该宏观状态中所包含之微观状态数量。这个被称为玻耳兹曼原理的假定是统计力学的基础。统计力学则以构成部分的统计行为来描述热力学系统。玻耳兹曼原理指出系统中的微观特性(omega)与其热力学特性(S)的关系。跟据玻耳兹曼的定义,熵是一则关于状态的函数。并且因为omega是一个自然数(1,2,3,...),熵必定是个正数(这是对数的性质)。

        因此这里自然可以把熵的概念推广到信息论,生物学等领域,因为这些学科所用的公式和热力学的熵的公式是一样的。不过热力学中熵表示的是“系统混乱状态”;信息论中信息熵表示的是信息量;生态学中熵表示的是生物多样性。显然地球生态学,目前看来,总体上的生物多样性是减少的。

        5。最后补充一点热力学中的熵的性质。在一个孤立绝热系统里,一个状态变成另一个状态,对于可逆变化来说,熵是不变的,不管你是如何动态;而对于不可逆的变化,熵是增加的。

      • 家园 哪本书上说“熵本身是平衡状态函数”?
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