关于热力学第二定律

Question

目前主流的观点，宇宙是从大爆炸中诞生的，最初处于完全无序的状态，然后随着温度降低，和各种基本力的作用，逐渐形成原子、分子、恒星、行星，然后从宏观方面说，进一步形成星系，星系团；从微观方面说进一步从普通的物质形成生命这种高度有序性的组织，而且生命也在不断的进化，向更加复杂有序的方向发展。。。

从上面的论述来看，整个宇宙是一个封闭系统（总能量守恒），但是宇宙的熵一直在减少，宇宙一直再从无序向有序发展，而且还是自发进行的，这不是和热力学第二定律完全相反了？？？？

麻烦请解释一下，宇宙为什么会自发的从无序向有序发展，以及为什么与热力学第二定律有冲突。。。。

Answer 1

首先要说明的是热力学第二定律在宏观世界里，目前没有发现任何一个反例（至于将来有没有反例发生目前不得而知），第二定律和第一定律一样普遍被认为是自然界的铁律不可能被违反，任何理论只要违反这两条就不会被人们所认可。大爆炸理论同样不可违反第二定律。

你题中说的最初是完全无序的状态是很不准确的说法（是网上一些民科们的言论）。这里我们不谈论理论上的奇点（对这一点目前说什么都是废话、无稽之谈，将来一定有更好的理论将这个神秘的奇点逐出物理学），只谈论从奇点爆炸后最初的“原始火球”。如果“原始火球”真的各向同性，处处温度、压强相等，已处于完全无序的热力学平衡态，那么就不可能发生随后的爆炸。你稍许想象一下就该知道这个火球的中心和周边温度压强都不可能相等，基本粒子的热运动状态不可能相同，而处于完全的无序状态（无序性的概念是比较抽象的，指的是微观运动的相似程度）。

随着爆炸的持续宇宙平均温度的降低，一些基本粒子逐步结合成了原子，分子.。。。直至形成星系，并且分子演化的越来越复杂有序，最终产生了生命，这一切相比于原始火球当然是熵减少的，然而在宇宙中除了这些有序的星系和生命外，还有一些东西也是从原始火球中演变出来的，它们则变得更加无序，充斥于整个宇宙空间的被认为是各向同性的3K背景辐射就是原始火球的另一部分变得极其无序（还不能说完全、绝对无序）的证明。这一部分变得无序的物质运动就是星系和生命有序的代价。用个形象的比喻，那些正朝着有序方向变化的物质，它们在演变的过程中不断地向太空抛出高熵值的垃圾（就是以电磁辐射形式发出的热量），以使自身熵减小（任何一个这样的星系或生命都是彻头彻尾的损人利己者，人类天天在做这样事情，不但自己的身体在发射红外散热，使熵减少（抵消人体自发的熵增加），以维持生命，还弄了大批的工厂通过排放无序的垃圾--热量，“制造”有序，使人类社会高度有序），而得以有序。

整个宇宙的演变中总熵仍是增大的，要使某一局部熵减小，宇宙的其它部分熵必然增加，而且比没有局部熵减的情况总熵增加的更快，如果热寂说成立的话，那局部的有序将加速热寂的到来。

大爆炸理论还有一种预言，遥远的将来可能发生现在膨胀的逆过程----大收缩，如果这是真的，那么届时第二定律就要改写了。

如有不明欢迎追问。

Answer 2

只不过是局部有序吧，总体上未必。
而且更关键的是，宇宙并不是独立存在不受干扰，由于广义相对论效应，空间是具有能量的，时空的性质影响着宇宙的演化，但是目前我们并不能够把这些效应包含进来，所以宇宙的熵未必会增大，也就是未必一定会向完全无序的方向演化。

Answer 3

宇宙为什么会自发的从无序向有序发展
爱因斯坦广义相对论中讲过

Answer 4

同志，自发反应不但要看熵变，还要看焓变。根据吉布斯定律，吉布斯自由能减少的反应才能自发进行。

Answer 5

热力学第二定律是什么？