从现代宇宙学的观点看宇宙热寂说.doc

从现代宇宙学的观点看宇宙热寂说史晶郭守元摘要根据现代宇宙学中已形成共识的观点看克劳修斯提出的宇宙热寂说。关键词热寂说宇宙膨胀微波背景辐射自引力约束系统现代宇宙学的建立是20世纪自然科学的重大科学成就之一。1916年爱因斯坦发表了对宇宙学的考察》开拓了现代宇宙学的道路,使宇宙学从玄想或纯思辩的议论走向了科学()别是60年代宇微波背景辐射的发现使大多数科学家开始严肃地对待热宇宙大爆CMBR十年来新的天文观测的发现和理论研究使宇宙学得到了长足的发展。1978年—1994年颁尔物理学奖有三项是与宇宙学有关的成就。热宇宙大爆炸论被看成是现代宇宙学的标准理所谓的标准理论在许多方面还存在不足,甚至是严重的困难。现代宇宙学对于这些困难近种各样解决方案。不论这些方案之间是如何的不同,但在以下几点却都是一致的。11我-1-1()胀,并且满足哈勃定律。21如果取哈勃常数=100介于014至1之间H0kmshMPCh寿命是98亿年至245亿年,换言之我们的宇宙来自于98—245亿年前的一次大爆炸。宇是有限的。31的探测表明,其频谱是典型的理想黑体频谱,即我们的宇宙在早期有CMBR为主的时刻。从以上已形成共识并且得到观测支持的观点来看,我国学术界长期以来流行的对?—?评是缺乏根据的,或者说是没有说服力的。因为这些批评都是立足于宇宙的无限性。在有限时空中得到的热力学第二定律外推到无限的宇宙,熵增原理指的是孤立系,不应当孤立系。确实,宇宙的演化并未像热寂说那样出现“热死”状态。然而这样的一个现实并不(寂说的批评在理论上是正确的。目前对于我们的宇宙是否会永远膨胀下去如果那样我们)定是无限的尚未有定论。实际上即使宇宙永远膨胀下去,由于膨胀的速度正比于到观测者虑宇宙寿命的有限性,对于任何一个观测者都有一个确定的视界。这个视界的尺度是有限之外存在与否实际上都等效于无。正如当代著名宇宙学家,1所指出的,宇宙的SHowking“无”,把宇宙看成有限的是现代宇宙学家的一个基本观点。再说宇宙一词本身含有唯一的因此它必然是一个孤立系。所以?—?对于热寂说批评是无说服力的或者说是缺乏根据。上面提到现代宇宙学已形成共识的基本观点出发对热寂说进行一下探讨。()宇宙的均匀性和各向同性使得11——度规,可以应用FRWFriedmanRobertWalker期。的存在表明那时的宇宙是一个以辐射为主的时期。在11度规下,方程的CMBRFRW径是时间的函数,随着时间的增加也增大即宇宙会膨胀,当大于某一个值时,RRRRC?收稿日期:1999-04-14撞率小于宇宙的膨胀率H时,形成的粒子开始从宇宙的浓汤中退遗出来。此中开始形成两种存在形式的物质——粒子物质和辐射物质,下面我们证明在力学行为是不同的。一、两种物质的不同的热力学行为11辐射物质的热力学行为根据宇宙的均匀性,我们可以任取一个半径为的球形区域。由于宇RQ学上看是绝热的。对区域也是如此。因此它满足热力学方程Q?=-,dPdV()1中?是内的能量,是压强。取是内的能密度,有?=。根QPurQurV1,=Pur35U5P,并注意到仅是温度的函数,由上式可Pu及热力学关系:())(=-vv5T5T4=uaT34dRdu43()()(),取,由123可以得到=-=VΠR3u33R1由此得到u=b4R1()()从3和4得到T?R1此式表明辐射物质的温度在宇宙膨胀中按减