宇宙的熵可以逆转吗?

孙悟空科学指南


答:“熵”是统计学的概念,一个封闭系统的熵总是趋向于增大,也就是我们说的熵增定律;但是在物理学中,还有一个“庞加莱重现时间”。


我们把一滴墨水滴到水中,墨水会扩散开来,趋向于无序,但是无论我们如何等待,这滴墨水也不会重新聚集起来,然后和水完全分开。

在物理学中,用“熵”来描述一个系统的混乱程度,对于一个封闭系统,系统的熵总是增加或者保持不变,不可能出现降低的情况,这就是热力学中大名鼎鼎的熵增定律。


根据熵增定律,如果把我们宇宙看成一个封闭系统,那么宇宙最终会达到热寂状态,难道我们真的没有办法阻止熵的增加吗?

在1890年,法国科学家庞加莱证明了一个定理,说“力学系统经过足够长的时间后,总可以恢复到初始状态附近。”

宇宙就是一个巨大的力学系统,根据庞加莱定理,宇宙经过足够长的时间后,必定会回到宇宙开始的某个时刻,宇宙的熵自然也会回到原来的时刻;庞加莱定理看似和熵增定律矛盾,实际上两者是统一的,因为热力学定律是基于统计原理的。

比如在一个房间内,氧气和氮气总是趋向于均匀,这是由于空气分子的热运动是随机的,气体分子趋向于均匀是统计学的结果;但是我们并不能排除一种可能,就是在某一瞬间,氧气分子和氮气分子正好处于房间的两边,即便发生的概率非常非常小,但这个概率不绝对为零。


庞加莱定理就是考虑了这种特殊情况,而且证明在足够的时间上肯定会发生;在实际当中,我们都是在一个很短的时间范围内,去研究一个力学系统,那么庞加莱定理的情况,几乎是不可能发生的。

如果把庞加莱定理作用于整个宇宙,那么平均来说,宇宙首次回到最初状态的时间,就叫做”庞加莱重现时间“,这个时间非常长,大致的数量级是10^(10^(10^120))年。


我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


一瓶香水,打开瓶盖后,香水就会很快气化,挥发到整个房间。然而,要想把一屋子的香气回收到瓶子里,恐怕要等到地老天荒了。

为什么会出现这种单向的变化呢?原因是每个气体分子离开瓶子的途径,远多于留在瓶子内的途径。

所以,随着时间的流逝,越来越多的气体分子进入到房间的各个角落。这就是热力学第二定律——熵增原则。熵的本质就是存在概率,熵增原则就是事物的发展,总是朝着概率最大化的方向变化。

对此,会有人提出疑问。为什么质子与电子可以结合为原子?为什么植物可以吸收阳光☀️,生长并结出果实🍒?

这是因为,熵增原则只适用于封闭的体系。

质子与电子的结合,虽然表现为熵减,但是它们释放出来的能量却是熵的增加。后者大于前者,这在总体上仍然是熵增的过程。所以,质子与电子可以结合为稳定的原子。

如果提高温度,质子和电子的动能增大,束缚两者的熵减会大于因释放能量产生的熵增。于是,原子开始解体,以保持熵的增大。

由于自然界是不连续的,存在着质的变化。所以,创造并影响我们人类生活的宇宙,是一个相对独立的系统。又由于普朗克常数h的被发现,以及各种物理现象都留有该常数的身影,说明宇宙是量子化的。于是,宇宙是由量子构成的。

离散的基态量子构成空间,受到激发的量子成为光子属于能量的范畴,由高能量子组成的封闭体系就是物质。

于是,宇宙空间的熵,就是基态量子的存在概率;遵循熵增原则,基态量子处于无规(热)运动的状态。

然而,如果我们把眼光扩展至宇宙之外,以自然界的角度来看待宇宙,则宇宙的膨胀与收缩,取决于宇宙外部空间的压强与宇宙内部空间量子能量密度之比。

该数值小于1时,就会使宇宙膨胀;反之,则宇宙开始收缩。宇宙变化的方向,始终受到熵增原则的支配。只是衡量熵的系统不再是宇宙,而是包括宇宙在内的整个自然界。

因此,就宇宙内部的量子空间而言,其熵的变化是可逆的。宇宙内部量子空间熵的增大与否,取决于保持自然界熵的总体增大。


淡漠乾坤


首先,熵其实是指一个封闭的系统的混乱度。最常见到的例子就是说,一个房间时间久了就会变乱,而如果你想让它变得有序,就需要去收拾,这就相当于付出了能量。所以,要让一个系统逆熵是需要从外界输入能量的。

宇宙的熵能不能逆转,完全看宇宙的是不是封闭的系统,这也是宇宙末日的热寂说的一个假设条件。只有封闭的系统,熵才会逐渐变大。

目前来说,我们所知道的宇宙是有界限的,被我们称为可观宇宙,在可观宇宙之外到底是什么,我们其实并不清楚。所以,我们也无法下定义说宇宙一定是一个封闭的系统。

如果宇宙不是一个封闭的系统,还有其他能量的注入,那就可以逆熵。

那如果宇宙是一个封闭的系统,那就无法逆熵,当熵最大时,也就是混乱度最高的时候宇宙也就死亡。


所以,关于题主问题,我们现在其实没有一个定论,因为我们并不能确定宇宙是不是一个封闭的系统。


钟铭聊科学


熵是混乱度,封闭系统内熵会增加,就是混乱无序的程度会越来越严重,但前提是封闭系统。如果有外来能量流入,则在局部范围内熵值可以逆转,也就是从无序变成有序。电脑你给它充电,给它输入程序,它就工作了。


第三根肋骨的门神


熵对于整个宇宙来说不适用,否则就没有我们现在的宇宙。


惠舒旅社老板


两千多年前的《老子》讲得很清楚了


蜀大山人


这个层面我这个文化实在是回答不了


智道城尧


熵是人类玩的概念游戏,宇宙不是人的概念这么局限。


明镜静圆


不知道”熵”是什么。😵😛😇😘


老子为什么走


嗯,在封闭系统内。是不存在的逆熵的,如果不是封闭系统的话,则可能。


分享到:


相關文章: