1、【精編匯總版】混亂的宇宙合集】4/4【精編匯總版】混亂的宇宙合集by胡仲軍黃狄龔宗穎杜順帆何前 from物理學院應用物理無杼勝有序,雜亂無章多過井井有條。亂的不光是孩子們的斗室間.所冇像宇由樣的孤立系統都 遵循一條亙古不變的自然法則一孤立系統內的任何自發變卦都市導致牖的増加，防止不成超越的 極限一熱寂。為什么這樣呢？一個孤立系統，具體到宇宙，總是朝著燔増加的偏向演變，就地描述無序程度的物理學術 語抵達鼓大值時，孤立系統會遏制演變，抵達平衡狀態。稱這個詞曾經進入到我們的普通語言，用來泛指體系混亂程度和門然性的巨細。不外就算對于 我們這樣學習物理的人而言，燜吋系統的對應關系仍然很模糊，在此我們來龐

2、大探討一番。連通器從一個巨匠熟知的例子說起。兩個完全不異的容糖由一個導管相連，起頭時導管上的閥門是關 者的，其中一個容器充溢了氣體.另個是真空的。如果在某一時刻翻開閥門，期待富足長的時間 使兩個容摘組成的系統抵達一種平衡狀態，想一想會發作什么呢？答案我們都知道：兩個容括鼓終 會各門容納一半的氣體。付體份子會由犯警則的熱運動而從一個容灣跑到另一個，以趨于抵達平 衡，即使是抵達平衡當前，份子仍會通過開門處你來我往的挪動，但這是種均等的交換，彼此調 換而不打破平衡，及動態平衡。如果一個系統僅僅由為數不實的部份組成，那就很容易懂得.我們設想一個嘗試：用一根導管 毗鄰起兩個合資，一個盒子里裝了 4個小球

3、，分為1、2、3、4號，另一個地空的（如圖.此刻翻開閥門，長時間的動搖整個裝 置，讓小球跳動起來撞擊盒子并進入導管，（仿照氣體份子的無法則熱運動）。最后取多量車復操 作成果的平均值，地概略的成果是平均分布，即每個盒子里有兩個小球。為什么會這樣呢？ ？一個容器里仃4個小球，另一個沒仃，我們計為4： 0,這樣只有一種組合。而3： 1則概略仃 4種組合（圖2）,第二個容器里概略是4個小球中的任何一個。最后2： 2概略冇六種組合，即第 一個容瑞屮概略是1、2號，1、3號，I、4號，2、3號，2、4號，或齊3、4號，叮之絕對應第二 個容器里則是剩卜.的一對原。加起來總共11種分配方式，其中每個盒子兩個里

4、的規劃方案即平均分布 的概率最大.小球的數量越多，這種均分的組介就越多，而所仃小球在一個容器里卻只仃一種概略。小球 的教量增加許爾的話，肯定就離不開數學理論常識了。從n個不異的物體中取m個樣本的組介公式是：W= n ! / ( n m) ! m !12個小球平均分布的組合就不是6種，而是924種。36個小球則可多達90億種組合。升氣 體包含約3*1恥22個份子，將他們均分的組合變得無窮大.通過給四計和可知，最平均分布的概率 要遠遠人其他切分布規劃方案的總合，這樣，當分廣數目相當大時，最平均分你的概率實際上趨于概率與無序坡終的情況比開初要混亂的影，除非顛末上天的精心安挿概略一付III能量為待見才

5、氣使份子 朝某特定偏向挪動。這種均分的狀況就比如是隨即混在一起的一副撲克，冇許冬種布列，而完全 處在一邊的氣體分布就仿佛副層次由序的新牌，只右種布列。戶是我們可以得個概略的結 論：一種狀態越無序，發作的兒率越曲.這和埔石什么關系呢？嫡與無序嫡的物理定義是：如果一個系統處于種可你的變卦過程中,可與外界舉行熱交換，那么交 換的熱能AQ和發作交換時的溫度T之比就是系統燜的變卦尿。T始終為正，如果系統吸收熱，那么嫡就增加，反之就會減少。實際匕 由丁摩擦肯定造成機械能的損失，因此，円然界沒有一種變 化是完全可逆的.可是，熱力學第二定律的結論生：在不成逆的情況下，系統的炳值變卦出始終要大于上述的 比位，即

6、dsNQ：T.由此叮知，如果系統是孤立的且不能舉行熱交換，則AQ/T=O。也就是說，系統的任何變卦都 陪同著其燜值的增加：不外如果物體是孤立的，那么這種變卦只能是朝著概率高的狀態發作白發的 和不成逆的演變，這樣，概略率的狀態對應卷符燈他，同時也對應著混亂度的增加，因此燜與混亂 度之間存在最印關系.非論怎樣,由于無序的增加，微粒的地位就越發不判斷了，我們看法系統的 微觀布局的難度也增加了。熱寂說以上所說的對宇宙同樣適用：宇宙在大爆炸時處于完全冇序狀態，隨著嫡值增大，宇宙逐漸 膨脹并變得混亂起來，一旦燜抵達扱大值，宇宙的演變就遏制.另一方面,笫肯定州蘊含的一層求 要意思是：懾增加的越多，用于機械做

7、功的能量就越少。因此宇宙開展的終極趨勢是：到處充溢著 無法操作的熱餡而可以操作的機械能卻消耗殆盡，其時，現住仃序的宇宙就會變得無序，切運 動就會遏制，切都市誕生。這就是凡是說的“熱寂說”。擺動的鐘擺就剖析這種能量退化的一個龐大例子。設想起頭時溫度降到靠近絕對零度，擺的分 子在做出力規律的機械運動，他們都協調的運動。可是顛末一段時間，由于與空氣的摩擦，擺城終 停r卜.來，同時變熱，它的份子做的是,宅無車法的運動，形成典型的犯警則運動。這個過程完全是 白發的，并會造成煥的增加，而相反的過程（一個熱的戰在變冷的同時運動起來）泛起的概略性小 到簡立不成能發作。最后要說的是，科學家總結模板了把系統的熾叮它概略發：的微觀狀態數聯系在一起的方程：S = k