热力学第二定律与时间不可逆性

墨宇观星 2024-06-17 06:49:50

热力学第二定律是物理学中的一个基本定律,它描述了孤立系统中熵的变化趋势。一个常见的问题是,热力学第二定律是否可以被描述为“时间流逝是不可逆转的”?深入探讨这一问题需要理解热力学第二定律的本质以及它与时间不可逆性的关系。

要点解析

1. 热力学第二定律的基本内容

热力学第二定律指出,在一个孤立系统内,熵总是趋向于增加。这意味着:

熵增原理: 孤立系统中的熵不会自发减少,系统总是朝向更高熵的状态发展。

不可逆过程: 自然过程具有方向性,即它们是不可逆的。例如,热量总是从高温物体传递到低温物体,而不会自发反向传递。

2. 时间的不可逆性

时间的不可逆性,即时间箭头,是指时间总是向前流逝,不会倒流。这个概念在物理学中有不同的表述:

热力学时间箭头: 与热力学第二定律有关,描述了熵总是增加的方向。

宇宙学时间箭头: 与宇宙膨胀有关,描述了宇宙从大爆炸到现在不断膨胀的过程。

心理时间箭头: 与人类的感知有关,描述了我们总是从过去走向未来的体验。

3. 第二定律与时间流逝

热力学第二定律与时间不可逆性的关系可以通过以下几个方面来理解:

熵与时间方向: 在孤立系统中,熵的增加为时间方向提供了一个物理基础,即时间朝向熵增加的方向流逝。

不可逆过程与时间不可逆性: 自然界中的不可逆过程(如热传导、扩散等)与时间不可逆性密切相关,这些过程反映了时间的单向性。

4. 数学表述与理论验证

热力学第二定律可以通过数学形式表达,并通过实验验证其正确性:

其中,表示系统熵的变化,对于孤立系统,熵变化始终为非负值。

实验验证: 多种实验(如热传导、扩散实验等)验证了热力学第二定律的普适性。

理论推导: 基于统计力学,熵的定义与微观粒子的概率分布有关,进一步支持了熵增原理。

5. 其他视角

除了热力学第二定律,时间不可逆性还可以从其他物理定律中探讨:

量子力学: 在量子力学中,时间演化遵循薛定谔方程,但量子测量过程显示出不可逆性。

相对论: 在广义相对论中,时间与空间都是四维时空的一部分,但引力坍缩等过程揭示了时间的单向性。

结论

热力学第二定律确实可以在一定程度上描述时间的不可逆性,因为它揭示了孤立系统中熵的单向增加趋势。然而,时间不可逆性不仅仅依赖于热力学第二定律,还涉及其他物理学领域(如量子力学、相对论等)的综合理解。通过多方面的研究,我们可以更全面地理解时间流逝的本质及其不可逆性。

参考文献

C Jarzynski, Equalities and inequalities: Irreversibility and the second law of thermodynamics at the nanoscale, 2012.

J Uffink, Bluff your way in the second law of thermodynamics, Studies in History and Philosophy of Science Part B, 2001.

M Popovic, The second law of thermodynamics forbids time travel, Cosmology, 2014.

S Sieniutycz, JS Shiner, Thermodynamics of irreversible processes and its relation to chemical engineering: Second law analyses and finite time thermodynamics, 1994.

1 阅读:34
评论列表
  • 2024-06-18 18:05

    老是发一些不被认可的文章

  • 2024-08-10 23:28

    悖论斯坦五大骗术V2:: ——1.蔑视自然创造反公理假说(骗),由反公理假说演绎方程(骗),号称证明全称假说命题(骗)。 ——2. 数学假装物理,创造虚幻数学“物理概念”,破坏基本概念和认知体系。搞些莫名其妙的虚幻数学“相对时空”数学“质量”数学“能量”。相对速度是无穷多的,哪有高低速之分?还编造一个绝对速度钉子户?力与质量需要宏观微观两套规则? ——3. 以必然有不确定性的观测精度攻击确定性的引力公理,以必然有的认知进化祸害绝对真理。以宏观现象为基础的电磁理论描述微观粒子电磁行为明显不足,两朵乌云不奇怪,他却借机破坏伽利略变换! ——4. 指鹿为马,指马为鹿,“波粒二象性”,破坏认知自然的最核心根基——确定性。狗都认识自己的主人知道真假,不搞二象性。 ——5. 无中生有创造假说(鬼),用解释稀奇谎称证明且无耻于悖论(已有效证伪),却要求别人证明没有鬼,搞万能骗术!!!………水星进动证明的大笑话:(A).号称证明全称公设是欺骗。 (B).忽视了水星的电磁力等等影响因素(1974地外水星探测),居然弄出高精度?活见鬼还是见活鬼?(科学求真需要批判精神,虽异常艰难但绝不应包容悖论欺骗!)

  • 2024-07-29 23:42

    粒子对撞机能创造新物质吗?不!!!它只能产生一些新的破碎。核能化石能太阳能都是释放光子,光子本性才是能源问题的关键。参见论文 photon energy and photon behavior discussions,牛顿力学可以完美解释光子能量与光子行为。光子中微子是电子质子撞击的破碎,质子电子都会以恐怖的强大电斥力(引力的10^36~10^42倍)发射它们的碎块,电子碎块到达零电势区域的速度刚好是真空光速。光子在原子内部强引力场中有轨道运动 折射与轨道逃逸,斥力场散射反射等。……中子大冲量撞击原子核是产生光子的最有效方法,电子撞核,质子撞电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递由高温体到低温体是必然(熵只是数学描述,动能耗散是生机不稀奇不绝望)。高温体辐射更多动能光子(内部外部一致),当然微观运动更剧烈(热动说)。物体无任何光子辐射就是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,达到绝对零度当然十分不易。真理都不奇怪!必须信任自然的绝对诚实。

  • 2024-07-29 23:49

    时间是意识记忆需要的标签,空间是物质存在需要的地盘。长度时间质量pi几何公设都是经验的理想抽象概念,用于表达观测结果。记忆有绝对顺序,是绝对时间。空间处处不同时刻变化,是绝对空间。悖论斯坦骗子破坏了所有物理概念!!!

  • 2024-08-10 23:27

    时光倒流是数学当物理的骗术!………都是毫无意义的思想实验。8分钟前的太阳光,几十亿年前的遥远星光,地层中几万年前的琥珀苍蝇,以及所谓的超光速观测,。。。只是影响一些意识信息,用光(超音速)观测雷电(来的快),用声音观测雷电(有滞后),都不能改变雷电本身。木啥实质影响。都是为了欺骗。钟摆移动到月球表面变慢了,时间定义还是没变,谁的时光倒流了???………号称修正GPS原子钟的大笑话: 狭义相对论让星钟变慢,再来个广义相对论让星钟变快,你说这钟倒不倒霉?关键是反复修正还是不行(误差90%)!参见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析”

  • 2024-08-10 23:27

    理论物理学进展缓慢(倒退)的原因::::: (1)有不少观念认为,先创造假说~再验证证明,就是科学。这其实是一种悖论斯坦式两头骗术!!!假说认知自然有任何成功先例吗?数字文字概念符号包括几何公设(黎曼欧几里得),都是经验的理想化抽象(所谓形而上学当然也是唯物主义),不预测任何真实,用于表达真实。与假说根本不同。………光速不变假说预测真实显然不能冒充公设,它不仅创造假说,还违背相对速度公理。(2)悖论斯坦的号称证明也是骗术!!!自然规律是全称命题,象万有引力定律一样,证伪当然有效,证明/证实当然无效,一天证明10000次也没用,号称证明当然是斯坦骗术。牛顿自然哲学的观点是观测归纳,还是必要充分真实的归纳,明确反对创造假说!!!创造假说号称证明,是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖的狂妄骗术。祸害时空观,祸害质量能量物理概念,祸害自然认知方法。。。 (3)悖论斯坦骗术已经成了一种十分强大的科学时髦。实在是恐怖和难以理解的!!! (4)倒退是指创造假说泛滥,攻击已有物理公理物理概念和认知方法,以认知进化否定绝对真理,祸害哲学。 ………骗子太多,到处造神鼓吹悖论骗子,国家必然倒霉!

墨宇观星

简介:用诗意与智慧探享科学与人生之美