杜 林（肇庆开放大学,广东 肇庆 526060）



再论热力学第二定律

杜 林
（肇庆开放大学,广东 肇庆 526060）

摘 要：统计力学认为，孤立系统的一个叫做熵的物理量又随着时间逐渐增大的过程，直到达到一个最大熵状态。有科学家把这个结论推广到整个宇宙，得到结论说宇宙最终会达到一种热寂的最混乱的状态。虽然也有人认为这个结论不能推广到整个宇宙，但是这个判断的理由也是牵强的。根据传统的热力学理论，我们不能自然的避免宇宙趋向热寂。实际上，传统的熵增定律是在忽略了万有引力的基础上得到的，而在天体级别的大范围内，万有引力起到了非常大的作用，这时候引力作用将使得热力学第二定律得出的熵增定律不再一定成立。本文将设计一个理想实验证明之。

关键词：热力学第二定律；熵；热寂；万有引力

1 引言

热力学第二定律是最初是讨论热机效率的问题而引入的，克劳修斯和开尔文分别表述了该定律的不同但等效的两种形式。后来统计物理引入一个物理量熵S，用孤立系统熵增原理做了简洁的表达。关于这个结论是否可以推广到整个宇宙，人们有不同的看法，但立论都显得牵强。下面本文引入一个理想实验，来讨论这个问题。

2 理想实验

设宇宙空间离开其他天体很远的一个范围内，存在一个半径为r的巨大球体，里面充满了一种单原子理想气体，气体均匀分布，压强为P0，温度为T0，总质量为m，摩尔质量为M，热容常数。对这团气体，如果不考虑万有引力，它自然要不断的膨胀，最后体积不断变大，熵S也不断增加。……