自然界的系统演化 可逆性与不可逆性(是否有时间箭头 可逆与不可逆 如果系统从某状态变到另状态后能够 再回复到原来的状态,并且同时使系统的环 境也回复到原状,这样的过程就是可逆过程 通常用数学语言加以刻画。人们把映射t→ 称作时间反演变换。如果描述一个过程的动 力学方程在时间反演变换下保持不变,则称 该过程是时间反演对称的,亦即为可逆过程
1 可逆与不可逆 如果系统从某一状态变到另一状态后,能够 再回复到原来的状态,并且同时使系统的环 境也回复到原状,这样的过程就是可逆过程。 通常用数学语言加以刻画。人们把映射t → - t称作时间反演变换。如果描述一个过程的动 力学方程在时间反演变换下保持不变,则称 该过程是时间反演对称的,亦即为可逆过程 二 自然界的系统演化 (一) 可逆性与不可逆性(是否有时间箭头)
2存在物理学与演化物理学 存在物理学:时间是从外部描述运动的 个参量,它的变化并不影响运动的性质 因而也无法从运动性质来判别时间 如车顿力学、相对论、量子力学 F=mdr/dt2把t.,方程形式不变;对 时间反演对称,意味时间无方向性
2 存在物理学与演化物理学 存在物理学:时间是从外部描述运动的一 个参量,它的变化并不影响运动的性质, 因而也无法从运动性质来判别时间。 如牛顿力学 、相对论、量子力学 F=md²r/dt² 把t –t,方程形式不变,对 时间反演对称,意味时间无方向性
演化物理学:时间不再是描述系统运动的外 在参量,而是和系统的演化相联系的,从而 是有物理内容的时间 热力学中的傅立叶方程 1(x) e2T(xt) et 把t,方程形式变化,时间反演不对称 或对称性破缺,意味时间方向性
演化物理学:时间不再是描述系统运动的外 在参量,而是和系统的演化相联系的,从而 是有物理内容的时间。 热力学中的傅立叶方程 әT(x¸t) әt = -λ ә²T(x¸t) әx² 把t –t,方程形式变化,时间反演不对称 或对称性破缺,意味时间方向性
)自然界演化的方向性:进化或退化 概念 进化一般是指物质客体演化中由无序到有序 用低序到高序的趋势和过程或复杂性和多样 性的增长。 退化般是指物质客体演化中由有序到无序 由高序到低序的趋势和过程。 序是对系统内部各要素之间的联系及演化 过程性质的描述,它表征着系统的组织程度 度量参量:熵、序参量、信息量
(二)自然界演化的方向性:进化或退化 1概念 进化一般是指物质客体演化中由无序到有序、 由低序到高序的趋势和过程或复杂性和多样 性的增长。 退化—般是指物质客体演化中由有序到无序、 由高序到低序的趋势和过程。 序是对系统内部各要素之间的联系及演化 过程性质的描述,它表征着系统的组织程度。 度量参量:熵、序参量、信息量
并非所有有序程度提高的过程都能称为进化。 有两种变化方式 种变化是预先编好程序 的譬如象胚胎在母体子宫内的演变和生长 另外一种类型的变化是创造性的推进 标志着真正的进化 对称和破缺 对称是指定变换下的不变性。这样的状态 实际对应着无序 破缺指一定条件下所表现的可变性,或对称 性的降低,对应着系统的有序状态。复杂性 和层次结构正是起源于某种对称性的破缺
并非所有有序程度提高的过程都能称为进化。 有两种变化方式,一种变化是预先编好程序 的,譬如象胚胎在母体子宫内的演变和生长, 另外—种类型的变化是创造性的推进” ,它 标志着真正的进化。 对称和破缺 对称是指一定变换下的不变性。这样的状态 实际对应着无序 破缺指一定条件下所表现的可变性,或对称 性的降低,对应着系统的有序状态。复杂性 和层次结构正是起源于某种对称性的破缺
2科学理论对时间箭头指向的回答 热力学对演化过程的揭示 卡诺原理:温度均衡过程必导致做功可能性 的丧失 热力学第二定律: 汤姆逊:不能从单一热源取热全部转化 为功而不产生其它影响 克劳修斯:热不可能从低温物体流向高 温物体而不产生其它影响
•热力学对演化过程的揭示: 卡诺原理:温度均衡过程必导致做功可能性 的丧失 热力学第二定律: 汤姆逊:不能从单一热源取热全部转化 为 功而不产生其它影响。 克劳修斯:热不可能从低温物体流向高 温物体而不产生其它影响 2 科学理论对时间箭头指向的回答
用熵表述为: 个孤立系统的熵总趋于增大(熵增定律) 熵:本义是表征系的状态 宏观意义表征系统能量分布的均匀程度 (能量平均状态是熵值达到最大的状态) 微观意义表征系统内部粒子的无序程度
用熵表述为: 一个孤立系统的熵总趋于增大(熵增定律) 熵:本义是表征系统的状态 宏观意义表征系统能量分布的均匀程度 (能量平均状态是熵值达到最大的状态) 微观意义表征系统内部粒子的无序程度
考察热力学 能量从有效到无效状态的转化 从较高集中程度向较低集中程度的转化 从有序状态向无序状态的转变 熵理论在物理学中第一次真正触及到自然界 发展的不可逆性问题
考察热力学 能量从有效到无效状态的转化 从较高集中程度向较低集中程度的转化 从有序状态向无序状态的转变 熵理论在物理学中第一次真正触及到自然界 发展的不可逆性问题
熵理论运用于整个宇宙,提出以熵理论为基 础的宇宙理论。 赫尔姆霍兹提出宇宙热寂说:宇宙不断变 冷(或热),所有有用的能量最后都转化为 热,宇宙最终要处于温度均匀的状态,所有 的自然过程都将停止 字宙的热寂相当于永恒的宁静。旦宇宙达 到热寂,宇宙将呈现幅惨淡的景象
熵理论运用于整个宇宙,提出以熵理论为基 础的宇宙理论。 赫尔姆霍兹提出宇宙热寂说:宇宙不断变 冷(或热),所有有用的能量最后都转化为 热,宇宙最终要处于温度均匀的状态,所有 的自然过程都将停止。 宇宙的热寂相当于永恒的宁静。一旦宇宙达 到热寂,宇宙将呈现一幅惨淡的景象
能量在那里还是有的,但它已经丧失了它全 部的转化能力,它已经不能迫使宇宙工 作 我们将停留在死寂的但可能是温 暖的宇宙中。 琼斯 在一个非常真实的意义上,我们都是这个 在劫难逃的星球的失事船只中的旅客。 维纳
能量在那里还是有的,但它已经丧失了它全 部的转化能力,它已经不能迫使宇宙工 作,·······我们将停留在死寂的但可能是温 暖的宇宙中。————琼斯 在一个非常真实的意义上,我们都是这个 在劫难逃的星球上的失事船只中的旅客。--- ------------维纳