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星际尘埃是如何形成行星的,熵不会减少吗
恒星与围绕它旋转运行的行星、卫星一样,是基本同时形成的,都是形成于一团星际尘埃云。
在星系内部,有大团的星际尘埃云。
这种星际尘埃云通常是稳定的,不会有多少变化,但如果它受到引力摄动后(例如附近有超新星爆发或有大质量天体掠过),局部密度的微弱变化就会引起星际尘埃云中一部分物质的收缩,这是密度稍高一点的地方引力作用的结果。
这种收缩一旦开始,就无法停止了。
其结果是质量向高密度区域集中,而且随着中心物质密度的升高,引力越来越强,吸引的物质越来越多,质量集中的速度也越来越快。
在质量向高密度区域集中时,物质运动微弱的侧向力都会被放大,最终转化为星际云的角动量,使星际云旋转。
旋转会产生离心力,使球形的云团成为中间厚、越往边缘越薄的铁饼形状。
热力学第二定律
我之前也有过类似你这样的疑惑。
仔细想想,其实不然。
首先有一点要纠正,就是如果只是纯概率角度,纯从有序无序角度看,黑洞的熵不是增大到无穷,而是不断减小,趋近于0。
因为它使系统趋向无限有序,这个是熵减的过程。
因此貌似与热力学第二定律相违背。
但也并非如此简单。
如果你感兴趣的话,可以读下霍金的书(我也没读过,这里纯引用)。
他提出过黑洞熵值正比于其视界表面积的理论。
根据他的理论,物质落入黑洞后,黑洞熵值的增加总能补偿或者过补偿该物质所“丧失”的熵。
更广泛地来说,黑洞的熵值及其外面的普通熵值之和永远不会变小。
这就是所谓的广义第二定律,也可以认为是第二定律的修正版。
类似打了个补丁。
其实从更普遍的角度看,所谓熵增即是说孤立系统有自发地从有序到无序转变的趋势。
这其实很好理解。
如同你所说的,就是一个纯概率问题。
如果只考虑理想情况下的热力学(并无考虑其他四大基本力),系统总是有着向其最大概率状态,即微观态数目最多(越无序),发展的趋势。
微观态的数目越多,宏观态出现的可能性越大。
这是必然的。
所谓的“均匀混合的气体不可能自发分开”可能是你比较咬文嚼字了。
即使书上这么写,也并不是说自发分开的概率=0,而是真的非常非常小。
其实即便是所谓平衡态,也会有分子运动,必然会有涨落存在。
理论上确实存在“自发分开”的可能性,但因为实在是太小了。
如你所说,分子数目越多,概率小到0(1mol分子的概率是1/2^N,N=10^23)。
对于观察者角度,可以忽略不计。
所以可以说我们实际上无法观察到“均匀混合的气体自发分开”的情况。
想补充一点的是,通常我们用到更多的是自由能,它才是决定了反应能否进行,平衡态位置在哪边的最终标准(不是熵)。
G=H-TS。
这是因为这里除了要考虑熵对系统的影响,还要考虑分子间的相互作用力对系统的影响。
系统最后的平衡态是由这两者共同作用来实现的。
个人角度的话,比较倾向于用这个来解释为何会有行星的形成(万有引力),乃至星系;以及为何会有生物的形成,乃至人类(这也是从无序到有序貌似违反熵增定律的现象)。
但书本上似乎都把它们归类为系统的涨落云云。
最后还要提一点,霍金还证明过黑洞必然会通过一个量子过程释放热辐射。
原理大致是一对正反虚粒子对,其中一个被吸引黑洞进去,另一个逃逸出来,不跟其相反的粒子发生湮灭,可以逃逸到无限远,在外界看就像黑洞发射粒子一样。
由于它是向外带去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的质量也会渐渐变小,消失。
从这个角度看,不管黑洞在其成长过程中是熵增还是熵减,最后的最后,随着宇宙不断地膨胀,它还是会消亡,因为空间大了,生成一个粒子对、被黑洞吞噬、放出能量的概率增大了。
于是乎,你也可以将黑洞的成长期看作是整个宇宙系统的一个局部的零时的涨落而已。
总的趋势还是会熵增的。
熵增,熵减,真的是决定宇宙宿命的最终法则吗?
在某种程度上来说,熵增定论确实决定了宇宙最终的结局。
也就是无可避免的灭亡,在这么结论刚被发现的时候,引起了无数科学家的绝望和悲叹。
熵增定律被爱因斯坦称之为第一定律。
它是由克劳修斯提出的热力学定律,他引入熵的概念来描述不可逆过程,即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的。
克劳修斯曾发表过一篇关于热力学的论文,第一次明确了热力学第二定律的基本概念。
1865年,他还提出了熵的概念,克劳修斯证明了在任何孤立系统中,系统的熵永远不会减少,或者说自然的自发过程是朝着熵增加的方向进行,这就是熵增加原理。
也正是因为熵增定律,宇宙中的事物才走向了消亡。
人类会衰老死亡;恒星会因燃料耗尽而“死亡”,成为白矮星、中子星或黑洞;而行星,会被恒星生命结束时变成的红巨星吞噬;甚至黑洞,也将持续蒸发,直至最终爆炸而消亡。
最让人绝望的是,根据熵增定律推导,我们的宇宙会不可避免的走向灭亡。
宇宙万物最终都逃不过熵增的“腐蚀”。
宇宙中的一切事物都会随着时间而衰变,即使是太阳,也会在未来的日子里耗尽所有能量,走向毁灭。
举例来说,地球,正是因为太阳给地球提供了巨大的能量,地球上的的生物才能存在。
一旦太阳失去光芒,这充满生机的地球也就只有一个结局:变成一个没有任何生物的死寂星球。
熵增定律也被一些科学家称为最让人绝望的定律,如果一切终将消逝,那我们的存在还有什么意义呢。
但后来的科学家通过模拟发现,在无序系统中,是有可能恢复成相同的状态的。
也就是说可能在我们消逝之后的无数年中,我们会重新出现在新的宇宙中。
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