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世界的本质到底是有序还是无序

发布时间:2019-07-22 22:01 来源:未知 编辑:admin

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  展开全部现代物理学认为,不仅在物质结构、物质运动的探讨中,要涉及无序和有序的概念,而且在物态改变及冷热变化的过程中,也都可以归结到无序和有序之间的转化。分子、原子排列的有序程度,直接影响着它们的聚集状态。金属及一般晶体是远程有序的;液体及非晶固体则是近程有序;气体显然是完全无序的。物质结构的有序状态突然发生变化就表现为相变,这包括通常的物态变化以及远离平衡的自组织过程。

  人们从热运动的无规则性,认识到运动的无序性。热运动的无序程度或混乱程度是一个重要概念,它紧密联系于热力学的一个物理量----态函数熵及热力学第二定律。尽管熵增定律概括地表明了热过程的方向性,由于熵概念本身的抽象,使它所表达的定律仍难以理解。热力学第二定律的微观说明主要归功于L.玻尔兹曼,1877年,他指出:“热力学第二定律的分析论证只有在概率论的基础上才能成立”。

  M.von劳厄高度评价了玻尔兹曼的工作,认为:“熵和几率之间的联系是物理学的最深刻的思想之一。”热力学几率愈大,即宏观态所对应的微观态数愈多,从而体系内部的混乱程度愈高;因此。熵可以作为体系内部无序程度的度量。无序程度的增加,通常导致与规则运动相关联的作功能力的削弱;于是,熵增加意味着热力学系统有用能量的减少,或者说能量的贬值。

  1871年,麦克斯韦在《热的理论》一书中,谈到一个思想实验:当我们跟踪单个分子的运动时,有可能出现违反热力学第二定律的结论。这个思想实验的主角是自然界里根本不存在的“精灵”,被称为麦克斯韦妖。后来又进一步衍生出信息及负熵的概念,它们与熵的意义相反,联系于有序。

  现代物理学认为,当我们将讨论从衡态区扩展到远平衡态区,对热过程方向性的认识就比通常所了解的更全面、更深刻,从而可以在更高的水准上来看待宇宙的演化方向。克劳修斯在1865年提出熵的论文中,即将熵的概念用于整个宇宙,他将宇宙的基本定律表示为:宇宙的能是恒定的,宇宙的熵趋于极大。这显然是热力学第一、第二定律对整个宇宙的应用。按照克劳修斯的理解,宇宙熵趋于极大,即宇宙趋于热寂。这就引起了长期的纷争:宇宙到底是在走向“热寂”,还是在不断地“进化”。

  “熵流”和“负熵”曾经受到一些学者的严厉批评,因为它们偏离了熵的原有概念。尽管这样,使用它们的人似乎愈来愈多,还进一步提出了混沌理论和耗散结构理论。

  现在普遍认为,宇宙的创生、生物的进化、社会的发展,都体现出由混沌建立秩序、自低级发展到高级的演化过程,而且,自然界又确实充满着各式各样的生机盎然的自组织现象;但是,在浩瀚的宇宙里又客观地存在着星体的衰老、

  能量的耗散以及生命的死亡。总之,在宇宙的现阶段,交织着趋于无序和趋于有序的各类过程,将它们笼统地概括为走向“热寂”或普遍“进化”,似乎都过于简单化了。

  笔者支持玻尔兹曼“概率”的观点和麦克斯韦思想实验的观点。笔者认为,所谓“气体分子的无序运动”,是因为我们还无法精确知道一个分子的瞬时场状态和运动状态,以及当时其周围粒子的相应状态而已,如果知道这些状态参数,我们就可以精确预言它的后续状态。因此,所谓“无序”是对气体的一种宏观统计描述;微观上,粒子都是遵循自然规律运行的,是严格有序的。

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