【精编汇总版】混乱的宇宙合集

1、【精编汇总版】混乱的宇宙合集】4/4【精编汇总版】混乱的宇宙合集by胡仲军黄狄龚宗颖杜顺帆何前 from物理学院应用物理无杼胜有序,杂乱无章多过井井有条。乱的不光是孩子们的斗室间.所冇像宇由样的孤立系统都 遵循一条亘古不变的自然法则一孤立系统内的任何自发变卦都市导致牖的増加，防止不成超越的 极限一热寂。为什么这样呢？一个孤立系统，具体到宇宙，总是朝着燔増加的偏向演变，就地描述无序程度的物理学术 语抵达鼓大值时，孤立系统会遏制演变，抵达平衡状态。稱这个词曾经进入到我们的普通语言，用来泛指体系混乱程度和门然性的巨细。不外就算对于 我们这样学习物理的人而言，燜吋系统的对应关系仍然很模糊，在此我们来庞

2、大探讨一番。连通器从一个巨匠熟知的例子说起。两个完全不异的容糖由一个导管相连，起头时导管上的阀门是关 者的，其中一个容器充溢了气体.另个是真空的。如果在某一时刻翻开阀门，期待富足长的时间 使两个容摘组成的系统抵达一种平衡状态，想一想会发作什么呢？答案我们都知道：两个容括鼓终 会各门容纳一半的气体。付体份子会由犯警则的热运动而从一个容灣跑到另一个，以趋于抵达平 衡，即使是抵达平衡当前，份子仍会通过开门处你来我往的挪动，但这是种均等的交换，彼此调 换而不打破平衡，及动态平衡。如果一个系统仅仅由为数不实的部份组成，那就很容易懂得.我们设想一个尝试：用一根导管 毗邻起两个合资，一个盒子里装了 4个小球

3、，分为1、2、3、4号，另一个地空的（如图.此刻翻开阀门，长时间的动摇整个装 置，让小球跳动起来撞击盒子并进入导管，（仿照气体份子的无法则热运动）。最后取多量車复操 作成果的平均值，地概略的成果是平均分布，即每个盒子里有两个小球。为什么会这样呢？ ？一个容器里仃4个小球，另一个没仃，我们计为4： 0,这样只有一种组合。而3： 1则概略仃 4种组合（图2）,第二个容器里概略是4个小球中的任何一个。最后2： 2概略冇六种组合，即第 一个容瑞屮概略是1、2号，1、3号，I、4号，2、3号，2、4号，或齐3、4号，叮之绝对应第二 个容器里则是剩卜.的一对原。加起来总共11种分配方式，其中每个盒子两个里

4、的规划方案即平均分布 的概率最大.小球的数量越多，这种均分的组介就越多，而所仃小球在一个容器里却只仃一种概略。小球 的教量增加许尔的话，肯定就离不开数学理论常识了。从n个不异的物体中取m个样本的组介公式是：W= n ! / ( n m) ! m !12个小球平均分布的组合就不是6种，而是924种。36个小球则可多达90亿种组合。升气 体包含约3*1耻22个份子，将他们均分的组合变得无穷大.通过给四计和可知，最平均分布的概率 要远远人其他切分布规划方案的总合，这样，当分广数目相当大时，最平均分你的概率实际上趋于概率与无序坡终的情况比开初要混乱的影，除非颠末上天的精心安挿概略一付III能量为待见才

5、气使份子 朝某特定偏向挪动。这种均分的状况就比如是随即混在一起的一副扑克，冇许冬种布列，而完全 处在一边的气体分布就仿佛副层次由序的新牌，只右种布列。户是我们可以得个概略的结 论：一种状态越无序，发作的儿率越曲.这和埔石什么关系呢？嫡与无序嫡的物理定义是：如果一个系统处于种可你的变卦过程中,可与外界举行热交换，那么交 换的热能AQ和发作交换时的温度T之比就是系统燜的变卦尿。T始终为正，如果系统吸收热，那么嫡就增加，反之就会减少。实际匕 由丁摩擦肯定造成机械能的损失，因此，円然界没有一种变 化是完全可逆的.可是，热力学第二定律的结论生：在不成逆的情况下，系统的炳值变卦出始终要大于上述的 比位，即

6、dsNQ：T.由此叮知，如果系统是孤立的且不能举行热交换，则AQ/T=O。也就是说，系统的任何变卦都 陪同着其燜值的增加：不外如果物体是孤立的，那么这种变卦只能是朝着概率高的状态发作白发的 和不成逆的演变，这样，概略率的状态对应卷符燈他，同时也对应着混乱度的增加，因此燜与混乱 度之间存在最印关系.非论怎样,由于无序的增加，微粒的地位就越发不判断了，我们看法系统的 微观布局的难度也增加了。热寂说以上所说的对宇宙同样适用：宇宙在大爆炸时处于完全冇序状态，随着嫡值增大，宇宙逐渐 膨胀并变得混乱起来，一旦燜抵达扱大值，宇宙的演变就遏制.另一方面,笫肯定州蕴含的一层求 要意思是：懾增加的越多，用于机械做

7、功的能量就越少。因此宇宙开展的终极趋势是：到处充溢着 无法操作的热餡而可以操作的机械能却消耗殆尽，其时，现住仃序的宇宙就会变得无序，切运 动就会遏制，切都市诞生。这就是凡是说的“热寂说”。摆动的钟摆就剖析这种能量退化的一个庞大例子。设想起头时温度降到靠近绝对零度，摆的分 子在做出力规律的机械运动，他们都协调的运动。可是颠末一段时间，由于与空气的摩擦，摆城终 停r卜.来，同时变热，它的份子做的是,宅无車法的运动，形成典型的犯警则运动。这个过程完全是 白发的，并会造成煥的增加，而相反的过程（一个热的战在变冷的同时运动起来）泛起的概略性小 到简立不成能发作。最后要说的是，科学家总结模板了把系统的熾叮它概略发：的微观状态数联系在一起的方程：S = k