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1、熱力學(xué)第二定律【摘要】熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一,是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處(在自然狀態(tài)下)。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi),一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過(guò)程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。本文綜述了該定律的發(fā)現(xiàn)、演變歷程、并介紹了它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用?!続bstract】Second law of thermodynamics is one of the fundamental laws of thermodynamics is that heat will always be only by heat to a cool place (in the natural state).

2、 It is about the limited space and time, and the thermal motion of all the relevant physical and chemical processes are irreversible in the lessons learned. In this paper, the discovery of the law, development process, and introduces its industrial and agricultural production and the application of

3、life.【關(guān)鍵詞】熱力學(xué)第二定律,演變歷程,生活應(yīng)用【Key words】second law of thermodynamics,livejournal,application【引言】熱力學(xué)第二定律是人們?cè)谏顚?shí)踐,生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),它們既不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),也不能用數(shù)學(xué)加以推導(dǎo)和證明。但它的正確性已被無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)。而且從熱力學(xué)嚴(yán)格地導(dǎo)出的結(jié)論都是非常精確和可靠的。有關(guān)該定律的發(fā)現(xiàn)和演變歷程是本文討論的重點(diǎn)。熱力學(xué)第二定律是有關(guān)熱和功等能量形式相互轉(zhuǎn)化的方向與限度的規(guī)律,進(jìn)而推廣到有關(guān)物質(zhì)變化過(guò)程的方向與限度的普遍規(guī)律。由于在生活實(shí)踐中,自發(fā)過(guò)程的種類極多,熱力學(xué)第

4、二定律的應(yīng)用非常廣泛,諸如熱能與機(jī)械能的傳遞和轉(zhuǎn)換、流體擴(kuò)散與混合、化學(xué)反應(yīng)、燃燒、輻射、溶解、分離、生態(tài)等問(wèn)題,本文將做相關(guān)介紹。1. 熱力學(xué)第二定律及發(fā)展1.1、熱力學(xué)第二定律建立的歷史過(guò)程19世紀(jì)初,巴本、紐可門(mén)等發(fā)明的蒸汽機(jī)經(jīng)過(guò)許多人特別是瓦特的重大改進(jìn),已廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、交通運(yùn)輸,但當(dāng)時(shí)人們對(duì)蒸汽機(jī)的理論研究還是非常缺乏的。熱力學(xué)第二定律就是在研究如何提高熱機(jī)效率問(wèn)題的推動(dòng)下,逐步被發(fā)現(xiàn)的,并用于解決與熱現(xiàn)象有關(guān)的過(guò)程進(jìn)行方向的問(wèn)題。1824年,法國(guó)陸軍工程師卡諾在他發(fā)表的論文“論火的動(dòng)力”中提出了著名的“卡諾定理”,找到了提高熱機(jī)效率的根本途徑。但卡諾在當(dāng)時(shí)是采用“熱質(zhì)說(shuō)”的

5、錯(cuò)誤觀點(diǎn)來(lái)研究問(wèn)題的。從1840年到1847年間,在邁爾、焦耳、亥姆霍茲等人的努力下,熱力學(xué)第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起來(lái)了?!盁釀?dòng)說(shuō)”的正確觀點(diǎn)也普遍為人們所接受。1848年,開(kāi)爾文爵士(威廉·湯姆生)根據(jù)卡諾定理,建立了熱力學(xué)溫標(biāo)(絕對(duì)溫標(biāo))。它完全不依賴于任何特殊物質(zhì)的物理特性,從理論上解決了各種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)不相一致的缺點(diǎn)。這些為熱力學(xué)第二定律的建立準(zhǔn)備了條件。1850年,克勞修斯從“熱動(dòng)說(shuō)”出發(fā)重新審查了卡諾的工作,考慮到熱傳導(dǎo)總是自發(fā)地將熱量從高溫物體傳給低溫物體這一事實(shí),得出了熱力學(xué)第二定律的初次表述。后來(lái)歷經(jīng)多次簡(jiǎn)練和修改,逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)行物理教科書(shū)中公認(rèn)的“克勞修

6、斯表述”。與此同時(shí),開(kāi)爾文也獨(dú)立地從卡諾的工作中得出了熱力學(xué)第二定律的另一種表述,后來(lái)演變?yōu)楦珶挼默F(xiàn)行物理教科書(shū)中公認(rèn)的“開(kāi)爾文表述”。上述對(duì)熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的,由一種表述的正確性完全可以推導(dǎo)出另一種表述的正確性。他們都是指明了自然界宏觀過(guò)程的方向性,或不可逆性??藙谛匏沟恼f(shuō)法是從熱傳遞方向上說(shuō)的,即熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體,而不可能從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。這里“不引起其他變化”是很重要的。利用致冷機(jī)就可以把熱量從低溫物體傳向高溫物體,但是外界必須做功。開(kāi)爾文的說(shuō)法則是從熱功轉(zhuǎn)化方面去說(shuō)的。功完全轉(zhuǎn)化為熱,即機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能可以的,在水平地面上運(yùn)

7、動(dòng)的木塊由于摩擦生熱而最終停不來(lái)就是一個(gè)例子。但反過(guò)來(lái),從單一熱源吸取熱量完全轉(zhuǎn)化成有用功而不引起其他影響則是不可能的。所謂“單一熱源”,是指溫度均勻并且保持恒定的熱源,如果熱源的溫度不是均勻的,則可以從溫度較高處吸收熱量,又向溫度較低處放出一部分,這就等于工作在兩個(gè)熱源之間了。所謂“不產(chǎn)生其他影響”,是指除了從單一熱源吸熱,這些熱量全部用來(lái)做功以外,其他都沒(méi)有變化。如果沒(méi)有“不產(chǎn)生其他影響”這個(gè)限制,從單一熱源吸熱而全部轉(zhuǎn)化為功是可以做到的,例如理想氣體在等溫膨脹過(guò)程中,氣體從熱源吸熱而膨脹做功,由于這過(guò)程中理想氣體保持溫度不變,而理想氣體又不考慮分子勢(shì)能,因此氣體的內(nèi)能保持不變,從熱源吸收

8、的熱量就全部轉(zhuǎn)化成了功,但是這過(guò)程中氣體的體積膨脹了,因此不符合“不產(chǎn)生其他影響”的條件。1.2熱力學(xué)第二定律的兩個(gè)表述自然界自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程具有方向性,總是由非平衡態(tài)走向平衡態(tài)1. 開(kāi)爾文表述(1851年):不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī),只從單一熱源吸取熱量,使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD 2. 克勞修斯表述:熱量不可能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)下面我們從反面來(lái)說(shuō)明這兩種說(shuō)法的確是等價(jià)的:  如果我們否定克勞修斯的說(shuō)法,認(rèn)為熱量可以自發(fā)地從低溫物體B傳向高溫物體A,見(jiàn)圖41(a)的示意圖,設(shè)這個(gè)

9、熱量為Q,我們?cè)僭O(shè)想有一個(gè)卡諾熱機(jī),從高溫?zé)嵩碅吸取熱量Q,一部分轉(zhuǎn)化為有用功W,另一部分Q傳給了低溫?zé)嵩碆,這樣的整個(gè)過(guò)程中,高溫?zé)嵩碅沒(méi)有發(fā)生變化,相當(dāng)于只從低溫?zé)嵩碆吸收了(QQ)的熱量而全部轉(zhuǎn)化為有用功,而不產(chǎn)生其他影響,從而開(kāi)爾文的說(shuō)法也就被否定了。   反過(guò)來(lái),如果我們否定了開(kāi)爾文的說(shuō)法,認(rèn)為可以從單一熱源A吸取熱量,全部轉(zhuǎn)化為有用功而不產(chǎn)生其他影響,見(jiàn)圖41(b)的示意圖,設(shè)這部分熱量為Q1,做的有用功為W1(Q1W1),我們?cè)僭O(shè)想這部分有用功是帶動(dòng)一個(gè)理想的致冷機(jī)工作,它從另一個(gè)低溫?zé)嵩碆處吸收熱量Q2,向熱源A放出熱量Q1,則滿足Q1=Q2W1,

10、而Q1=W1,所以Q1=Q2Q1。這樣,總的效果相當(dāng)于從低溫?zé)嵩碆處吸收了熱量Q。,向高溫?zé)嵩碅放出的熱量Q1,在補(bǔ)償了Q1以后,正好也是Q2,這就等于熱量Q。自發(fā)地從低溫?zé)嵩碆傳向了高溫?zé)嵩吹夭](méi)有發(fā)生其他變化,這就否定了克勞修斯的說(shuō)法。以上我們從正反兩個(gè)方面說(shuō)明了關(guān)于熱力學(xué)第二定律的兩種說(shuō)法是等價(jià)的,它們都是關(guān)于自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程的進(jìn)行方向的規(guī)律。其實(shí),熱力學(xué)第二定律還可以有其他很多種不同的表述方式。例如我國(guó)有一句成語(yǔ)“覆水難收”,其實(shí)是“覆水不收”。臉盆里的水潑到地上,是不可能再收回來(lái)的,這也可以看作是熱力學(xué)第二定律的一種表述形式。廣義地講,只要指明某個(gè)方面不可逆過(guò)程進(jìn)行的方向性

11、就可以認(rèn)為是熱力學(xué)第二定律的一種表述,因?yàn)樗胁豢赡妗?.3熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng),從某一狀態(tài)出發(fā),經(jīng)過(guò)某一過(guò)程達(dá)到另一狀態(tài)。若存在另一過(guò)程,能使系統(tǒng)與外界完全復(fù)原(即系統(tǒng)回到原來(lái)的狀態(tài),同時(shí)消除了原來(lái)過(guò)程對(duì)外界的一切影響),則原來(lái)的過(guò)程稱為“可逆過(guò)程”。反之,如果用任何方法都不可能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原,則稱之為“不可逆過(guò)程”。可逆過(guò)程是一種理想化的抽象,嚴(yán)格來(lái)講現(xiàn)實(shí)中并不存在(但它在理論上、計(jì)算上有著重要意義)。大量事實(shí)告訴我們:與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆過(guò)程。對(duì)于開(kāi)氏與克氏的兩種表述的分析克氏表述指出:熱傳導(dǎo)過(guò)程是不可逆的。開(kāi)氏表述指出:功變熱(確

12、切地說(shuō),是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)的過(guò)程是不可逆的。兩種表述其實(shí)質(zhì)就是分別挑選了一種典型的不可逆過(guò)程,指出它所產(chǎn)生的效果不論用什么方法也不可能使系統(tǒng)完全恢復(fù)原狀,而不引起其他變化。請(qǐng)注意加著重號(hào)的語(yǔ)句:“而不引起其他變化”。比如,制冷機(jī)(如電冰箱)可以將熱量Q由低溫T2處(冰箱內(nèi))向高溫T1處(冰箱外的外界)傳遞,但此時(shí)外界對(duì)制冷機(jī)做了電功W而引起了變化,并且高溫物體也多吸收了熱量Q(這是電能轉(zhuǎn)化而來(lái)的)。這與克氏表述并不矛盾。不可逆過(guò)程幾個(gè)典型例子氣體向真空自由膨脹) 如圖1所示,容器被中間的隔板分為體積相等的兩部分:A部分盛有理想氣體,B部分為真空?,F(xiàn)抽掉隔板,則氣體就會(huì)自由膨脹而充滿整個(gè)容器。

13、例2(兩種理想氣體的擴(kuò)散混合) 如圖2所示,兩種理想氣體C和D被隔板隔開(kāi),具有相同的溫度和壓強(qiáng)。當(dāng)中間的隔板抽去后,兩種氣體發(fā)生擴(kuò)散而混合。例3 焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)。這是一個(gè)不可逆過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)中,重物下降帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)水做功,使水的內(nèi)能增加。但是,我們不可能造出這樣一個(gè)機(jī)器:在其循環(huán)動(dòng)作中把一重物升高而同時(shí)使水冷卻而不引起外界變化。由此即可得熱力學(xué)第二定律的“普朗克表述”。再如焦耳-湯姆生(開(kāi)爾文)多孔塞實(shí)驗(yàn)中的節(jié)流過(guò)程和各種爆炸過(guò)程等都是不可逆過(guò)程。熱力學(xué)第二定律的含義對(duì)上面所列舉的不可逆過(guò)程以及自然界中其他不可逆過(guò)程,我們完全能夠由某一過(guò)程的不可逆性證明出另一過(guò)程的不可逆性,即自然界中的

14、各種不可逆過(guò)程都是互相關(guān)聯(lián)的。我們可以選取任一個(gè)不可逆過(guò)程作為表述熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)。因此,熱力學(xué)第二定律就可以有多種不同的表達(dá)方式。但不論具體的表達(dá)方式如何,熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)在于指出:一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的,并指出這些過(guò)程自發(fā)進(jìn)行的方向。 熱力學(xué)第二定律,也可以確定一個(gè)新的態(tài)函數(shù)熵??梢杂渺貋?lái)對(duì)第二定律作定量的表述。 第二定律指出在自然界中任何的過(guò)程都不可能自動(dòng)地復(fù)原,要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用,由此可見(jiàn),熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過(guò)程的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異,這種差異決定了過(guò)程的方向,人們就用態(tài)函數(shù)熵來(lái)描述這個(gè)差異,從理論上可以進(jìn)一步證明:可逆絕

15、熱過(guò)程Sf=Si, 不可逆絕熱過(guò)程Sf>Si,式中Sf和Si分別為系統(tǒng)的最終和最初的熵。也就是說(shuō),在孤立系統(tǒng)內(nèi)對(duì)可逆過(guò)程,系統(tǒng)的熵總保持不變;對(duì)不可逆過(guò)程,系統(tǒng)的熵總是增加的。這個(gè)規(guī)律叫做熵增加原理。這也是熱力學(xué)第二定律的又一種表述。熵的增加表示系統(tǒng)從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變,也就是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài)向更無(wú)規(guī)則,更無(wú)秩序的狀態(tài)演變。熵體現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。第二定律在有限的宏觀系統(tǒng)中也要保證如下條件:(1)該系統(tǒng)是線性的;(2)該系統(tǒng)全部是各向同性的。2. 熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用2.1熱力學(xué)第二定律的適用范圍(1)熱力學(xué)第二定律是宏觀規(guī)律,對(duì)少量分子組成的微觀系統(tǒng)是不適用的。(

16、2)熱力學(xué)第二定律適用于“絕熱系統(tǒng)”或“孤立系統(tǒng)”,對(duì)于生命體(開(kāi)放系統(tǒng))是不適用的。早在1851年開(kāi)爾文在敘述熱力學(xué)第二定律時(shí),就曾特別指明動(dòng)物體并不像一架熱機(jī)一樣工作,熱力學(xué)第二定律只適用于無(wú)生命物質(zhì)。(3)熱力學(xué)第二定律是建筑在有限的空間和時(shí)間所觀察到的現(xiàn)象上,不能被外推應(yīng)用于整個(gè)宇宙。19世紀(jì)后半期,有些科學(xué)家錯(cuò)誤地把熱力學(xué)第二定律應(yīng)用到無(wú)限的、開(kāi)放的宇宙,提出了所謂“熱寂說(shuō)”。他們聲稱:將來(lái)總有一天,全宇宙都是要達(dá)到熱平衡,一切變化都將停止,從而宇宙也將死亡。要使宇宙從平衡狀態(tài)重新活動(dòng)起來(lái),只有靠外力的推動(dòng)才行。這就會(huì)為“上帝創(chuàng)造世界”等唯心主義提供了所謂“科學(xué)依據(jù)”?!盁峒耪f(shuō)”的荒

17、謬,在于把無(wú)限的、開(kāi)放的宇宙當(dāng)做熱力學(xué)中所說(shuō)的“孤立系統(tǒng)”。熱力學(xué)中的“孤立系統(tǒng)”與無(wú)所不包、完全沒(méi)有外界存在的整個(gè)宇宙是根本不同的。事實(shí)上,科學(xué)后來(lái)的發(fā)展已經(jīng)提供了許多事實(shí),證明宇宙演變的過(guò)程不遵守?zé)崃W(xué)第二定律。正如恩格斯在自然辯證法中指出了“熱寂說(shuō)”的謬誤。他根據(jù)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不滅的原理,深刻地指出:“放射到太空中去的熱一定有可能通過(guò)某種途徑指明這一途徑,將是以后自然科學(xué)的課題轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪贿\(yùn)動(dòng)形式,在這種運(yùn)動(dòng)形式中,它能重新集結(jié)和活動(dòng)起來(lái)?!睙崃W(xué)第二定律和熱力學(xué)第一定律一樣,是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),它的正確性是由它的一切推論都為實(shí)踐所證實(shí)而得到肯定2.2熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義1.1877年,奧地利

18、物理學(xué)家玻耳茲曼(Bolizmann,1844-1906)給出了一個(gè)著名公式:熵和體系宏觀狀態(tài)所包含的微觀態(tài)數(shù)目的對(duì)數(shù)成正比,即(K為玻耳茲曼常數(shù),W 叫熱力學(xué)幾率)所以熵是體系微觀狀態(tài)出現(xiàn)幾率的量度,也是體系無(wú)序程度的量度。熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義是:一個(gè)不受外界影響的“孤立系統(tǒng)”,其內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程,總是由幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)進(jìn)行,由包含微觀狀態(tài)數(shù)目少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)目多的宏觀狀態(tài)進(jìn)行。1. 理氣分子由(真空)作絕熱自由膨脹,分子全回室的概率:2. 統(tǒng)計(jì)結(jié)論: 分子均勻分布的概率較大 個(gè)分子由絕熱自由膨脹,分子全回室的概率為  不可逆過(guò)

19、程,實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)由概率小的宏觀態(tài)向概率大的宏觀態(tài)變化的過(guò)程3. 不可逆過(guò)程的統(tǒng)計(jì)解釋  絕自膨,不均均  熱傳導(dǎo),不均均  功熱轉(zhuǎn)換:規(guī)則運(yùn)動(dòng)能無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能逆向過(guò)程概率很小,實(shí)際觀察不到2.3熱力學(xué)第二定律的一些典型應(yīng)用對(duì)時(shí)間的理解我們已經(jīng)知道,熱力學(xué)第二定律事實(shí)上是所有單向變化過(guò)程的共同規(guī)律,而時(shí)間的變化就是一個(gè)單向的不可逆過(guò)程,對(duì)每個(gè)人都一樣,時(shí)間一去不復(fù)還,因此還可以這樣理解:時(shí)間的方向,就是熵增加的方向。這樣,熱力學(xué)第二定律就給出了時(shí)間箭頭。物理學(xué)的進(jìn)一步研究表明,能量守恒與時(shí)間的均勻性有關(guān)。這就是說(shuō),熱力學(xué)第一定律

20、告訴我們,時(shí)間是均勻流逝的。結(jié)果我們看到:熱力學(xué)第一定律指出,時(shí)間是均勻的;熱力學(xué)第二定律指出,時(shí)間是有方向的。這兩條定律合在一起告訴我們:時(shí)間在向著特定的方向均勻地流逝著。正如一句古詩(shī)描述的情景:“長(zhǎng)溝流月去無(wú)聲”。這使得我們可以從另一新的角度來(lái)認(rèn)識(shí)時(shí)間。 黑洞溫度的發(fā)現(xiàn)1972年,30歲的英國(guó)青年物理學(xué)家霍金(S.Hawking,1942),提出了黑洞的“面積定理”。證明了黑洞的面積A隨時(shí)間變化只能增加,不能減少,即 。這個(gè)定理認(rèn)為,物質(zhì)落入黑洞、兩個(gè)黑洞相撞等導(dǎo)致黑洞面積增加的過(guò)程,是可以發(fā)生的。而一個(gè)黑洞分裂為兩個(gè)黑洞的情況,由于會(huì)導(dǎo)致黑洞面積減少,因而是不可能發(fā)生的。面積定理,不由使

21、人想起熱力學(xué)中的“熵”。但是黑洞面積與熵是風(fēng)馬牛不相及的兩種東西,這樣去聯(lián)想它們,是不是太荒唐了呢?幾乎與此同時(shí),青年物理學(xué)家貝根斯坦和斯馬爾,各自獨(dú)立得出了關(guān)于黑洞的一個(gè)重要公式。這個(gè)公式把黑洞的一些參量組合成了類似于熱力學(xué)第一定律的形式式中M、J、Q分別是黑洞的總質(zhì)量、總角動(dòng)量、總電荷;A、V分別是黑洞的表面積、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和表面上的靜電勢(shì)。k稱為黑洞的表面重力。此公式與普通轉(zhuǎn)動(dòng)物體的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式非常相似。式中U、T、S分別是系統(tǒng)的內(nèi)能、溫度和熵;、J、V、Q等物理意義與前式類似。比較這兩個(gè)公式不難看出,黑洞面積A確實(shí)像熵S,而黑洞的表面重力k非常像溫度T。不久,人們又研究出黑洞的另

22、外兩個(gè)性質(zhì),很像普通熱力學(xué)的第零定律和第三定律。下表比較了普通熱力學(xué)四定律與黑洞力學(xué)的相應(yīng)性質(zhì):普通熱力學(xué)黑洞力學(xué)第零定律 處于熱平衡的物體,具有均勻溫度T 穩(wěn)態(tài)黑洞的表面上,k是常數(shù)第一定律第二定律第三定律 不可能通過(guò)有限次操作,使 T 降到零 不可能通過(guò)有限次操作,使 k 降到零難道黑洞真的有溫度嗎?為此人們進(jìn)行了熱烈的爭(zhēng)論。1973年霍金、巴丁、卡特等卓有成就的黑洞專家聯(lián)名發(fā)表了一篇論文,聲稱:可以模仿熱力學(xué)定律給出黑洞力學(xué)的四條定律,但黑洞的溫度不能看作真實(shí)溫度,因?yàn)楹诙礇](méi)有熱輻射(不可能有任何物質(zhì)跑出黑洞?。?,而有真實(shí)溫度的物體,應(yīng)該有熱輻射。因此他們把黑洞的四條定律,謹(jǐn)慎地稱為“黑

23、洞力學(xué)四定律”,而不是“黑洞熱力學(xué)四定律”。但是,幾個(gè)月后(1973年底),霍金就宣稱,他已證明,黑洞有熱輻射,黑洞的溫度是真實(shí)的,其值為式中kB 是玻爾茲曼常數(shù),k是黑洞表面的重力加速度。對(duì)于一個(gè)M=Ms(太陽(yáng)質(zhì)量)的黑洞,T=6×108K,可以忽略不計(jì);而對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為10億噸的小黑洞,溫度可達(dá)1012K。隨著黑洞質(zhì)量不斷減少,黑洞的溫度急劇升高,輻射越來(lái)越強(qiáng),直至黑洞消亡為止。所以,“黑洞不黑,他會(huì)蒸發(fā);黑洞不黑,越小越白?!焙诙礋彷椛涞陌l(fā)現(xiàn),是黑洞研究的重大突破,也是時(shí)空理論的重大突破。為了紀(jì)念霍金的功績(jī),人們把黑洞熱輻射叫做霍金輻射。1998年5月,安裝在哈勃望遠(yuǎn)鏡上的最新

24、紅外線攝象機(jī)拍攝的一些照片表明,在距離地球1000萬(wàn)光年的半人馬座A射電源的中央,存在一個(gè)巨大的黑洞,其質(zhì)量比10億個(gè)太陽(yáng)還要大,它正在吞噬由恒星構(gòu)成的一個(gè)螺旋形星系。這些被高速吞噬的物質(zhì)的溫度達(dá)數(shù)百萬(wàn)開(kāi),從而使黑洞中有超熱氣流噴出,并且發(fā)出強(qiáng)大的X射線和射電信號(hào)。耗散結(jié)構(gòu)理論的形成(1) 自組織現(xiàn)象與經(jīng)典熱力學(xué)的矛盾一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部由無(wú)序自發(fā)地變?yōu)橛行颍蛊渲写罅糠肿踊騿卧匆欢ǖ囊?guī)律運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象,稱為自組織現(xiàn)象。生命過(guò)程和無(wú)生命過(guò)程都存在著自組織現(xiàn)象。生命過(guò)程中,從分子、細(xì)胞直到有機(jī)個(gè)體和群體的不同水平上,無(wú)論在空間還是在時(shí)間上,都呈現(xiàn)初了有序現(xiàn)象。際上,生物體持續(xù)進(jìn)行的自組織過(guò)程,就是系統(tǒng)內(nèi)不平衡的表現(xiàn),而且,這一過(guò)程不會(huì)達(dá)到平衡;一旦達(dá)到平衡,有序狀態(tài)就會(huì)消失,生命也就終止了。因此,這些自組織現(xiàn)象無(wú)法用玻耳茲曼有序原理來(lái)解釋?,F(xiàn)象等。無(wú)生命世界和有生命世界都有自組織現(xiàn)象,使人們認(rèn)識(shí)到這兩個(gè)世界在這方面遵循著相同的規(guī)律。普利高津(I.Prigogine,1917)的耗散結(jié)構(gòu)理論,就是在把物理和生物過(guò)程結(jié)合起來(lái)研究時(shí)提出來(lái)的,著重

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