熵量守恒定律

熵量守恒定律

一、熵(entropy)量守恒定律的科学论证。

在宇宙系统中，除了质量、能量外，还有一种叫做熵量的物理量。在宇宙中，不但质量是守恒的，能量是守恒的，而且，总的熵量也是守恒的。

1、黑洞。1783年，英国牧师、天文爱好者米切尔根据牛顿的引力理论，提出了黑洞的思想。当时称之为暗星。1798年，法国数学家、物理学家和天文学家拉普拉斯认为，如果一颗发光星球的密度和体积足够大，由于星球的引力，它的光线将不能到达我们这里。因此，宇宙间这类最大的星球可能是看不见的。这种看不见的星球，已经含有暗黑空洞的意思。这种星球，人们称之为拉普拉斯暗星。现代物理学认为，质量超过3.2太阳质量的天体，在耗尽核燃料后，将没有任何力能够抗衡其引力的作用。这里的3.2太阳质量称之为奥本海默极限。在这样的情况下去，这种天体将在其引力的作用下，继续坍缩下，演变成看不见的天体。这是一种特殊的天体，具有独特的特性。通常认为，一切物质、包括光子，只要一进入这种天体，它们将再也无法从中逃逸出来。正因为这种独特的天体具有这种奇异的性质，1969年，美国物理学家惠勒将其称之为黑洞。黑洞存在着视界，在施瓦西度规中，其视界半径为小于等于2 GM/（c的平方）。对于这种独特的天体，除了质量、角动量和电荷外，再也无法从视界内获得任何其他的信息。对于这一表述，人们将其称之为黑洞三毛定则。从德国物理学家爱因斯坦的广义相对论和黑洞理论出发，将会得出，黑洞中的物质将不断坍缩，以至于所有物质都将坍缩到r=0的奇点处。在奇点处，时间和空间将会到达它们的尽头，物质密度将会达到无限大，物质温度也将达到极高的程度，星体的引力坍缩也就到此而终止。从物理要求来说，奇点并不是物理世界本身应该具有的。它的出现表明，广义相对论尚有不完善的地方。在奇点处，也许正是广义相对论失效的地方。

2、白洞。人们发现，在宇宙中也存在这样一些天体，这些天体体积不大，却亮得惊人。物理学家们认为，在这种天体的中心，存在着一种更为神奇的洞，他们将其称之为白洞。物理学家发现，白洞也有一个封闭的边界。与黑洞相反，白洞内的物质和辐射只能向外运动，而不允许物质和辐射进入它的内部。看上去，白洞中存在着一个向外喷射物质和能量的源头，因此，白洞又得到宇宙中的喷射源这样一个名称。在白洞的中心，是一个聚集着物质的致密物质团，这是由各种基本粒子所组成的。当这个致密物质团处于膨胀过程中时，各种基本粒子就会辐射出去。这些辐射粒子具有很高的速度。当其与周围的物质发生碰撞时，由于其异常剧烈，在此过程中，将会释放出巨大的能量。有的物理学家认为，白洞是从黑洞转变过来的，白洞释放的大量物质和能量，正是在黑洞形成时获得的。我们知道，黑洞的形成是一种在引力作用下发生坍缩的过程。然而，白洞发生的过程正好与黑洞形成的过程相反，是一种反坍缩的过程。在这种过程中，白洞要发生猛烈的爆发。现在，白洞已越来越受到物理学家们的注意。

3、大爆炸。在20世纪30年代，天文观测发现，宇宙在膨胀。于是，天文学家们推测，由此往回推，在过去的某一时刻，宇宙物质将聚集在一起，其密度将趋于无限大。1932年，比利时天主教牧师、天文学家勒梅特首先提出，现在观测到的宇宙，是由一个处于极端压缩、极端高温状态的原始原子的大爆炸产生的。从1948年到1 956年，苏联天体物理学家伽莫夫先后发表了《宇宙的深化》、《膨胀宇宙的物理学》等论文。其后，伽莫夫还与其学生、后成为美国物理学家的阿尔弗等人一起，发表了《化学元素的起源》的论文。以上论文对勒梅特的思想作了进一步的发挥，并对早期元素的合成进行了探讨。伽莫夫提出，宇宙起始于高密、高温状态的原始火球。在原始火球里，物质以基本粒子的形态出现。在基本粒子的相互作用下，原始火球发生了爆炸，并向四面八方均匀地膨胀。伽莫夫还预言，在现今宇宙中，应有大爆炸残留下来的背景辐射。阿尔弗和赫曼进一步指出，早期遗留下来的背景辐射，现在已经十分微弱，只有温度为几个开的黑体辐射了。1965年，2.74K宇宙背景微波辐射的发现，证实了伽莫夫等人的预言。从此，大爆炸宇宙模型受到了越来越多的人的重视。大爆炸宇宙模型又称标准宇宙模型。现在，大多数宇宙学家都赞同大爆炸宇宙模型的观点。大爆炸过程，实际上就是一个白洞的过程。

4、对称性原理。人们认识到，物理学中存在的守恒定律，如动量守恒定律、角动量守恒定律、能量守恒定律等。这里边些守恒定律都与对称性有着密切的关系。可以看出，物理学中任何种类的守恒定律，都存在着某种对称性。反之，物理学中的任何一种对称性，也必然导致一种守恒定律。其实，所谓对称性，是指物理规律在某种变换下的不变性。例如，与动量守恒定律相对应的对称性，是空间的平移不变性；与角动量守恒定律相对应的对称性，是空间的转动不变性；与能量守恒定律相对应的对称性，是时间的平移不变性等。1924年，拉波特提出了宇称的概念。所谓宇称，就是左右对称性，即当空间坐标左右变换时，经典的物理规律具有不变性。左右对称性用符号P表示。1927年，维格纳在应用宇称概念研究原子现象时证明，在原子现象中，宇称守恒，此即宇称守恒定律。由于宇称守恒定律经受了大量实验事实的检验，因此，人们对这一定律深信不疑，认为左右对称是自然界的固有定律之一。20世纪4 0年代以来，特别是在50年代，人们发现，宇称守恒定律在弱相互作用下不守恒。其后，人们又发现，电荷共轭对称性即用反粒子替换粒子不守恒。电荷共轭对称性用符号C表示。同时，人们又发现，时间反演对称性即物理过程时序逆转也不守恒。时间反演对称性用符号T表示。但是，人们发现，宇称、时间反演和电荷共轭的共同变换，其CPT过程总是守恒的。以上不对称问题是在微观过程中，主要是在弱相互作用过程中出现的情况。并且，这种不对称性的效应是十分微弱的。总的说，在宏观领域中，物理过程是守恒的。在宏观物理过程中，是具有空间反射镜像的左右对称性的，即宇称是守恒的。

5、能量守恒定律。十七世纪，法国哲学家笛卡儿从哲学上提出了能量守恒和转化定律的基本思想。1644年，笛卡儿撰写了《哲学原理》一书。该书写道，“物质的运动有一个固定量。虽然在物质的某些部分中有时候会有所增减，但物质的这个固定量却是从来不增加也不减少的。”在这里，笛卡儿从机械运动的角度，说明了能量的