第六章 热力学 第二定律

1. 第六章热力学第二定律

2. 热力学第二定律 开尔文表述 克劳修斯表述 第二类永动机 热力学第二定律的适用范围

3. 热力学第二定律两种表述的等效性 可逆过程 不可逆过程 各种不可逆过程互相关联

4. 热力学第二定律的实质 论证过程的不可逆性的方法 不可逆过程的特点

5. 孤立系统 宏观状态和微观状态 气体自由膨胀的不可逆性 热力学第二定律的统计意义

6. 气体自由膨胀不可逆的统计意义

7. 人类有史以来用汉字所刻、写、印刷的书籍估计不到 4106种，即使再往大些估计，充其量也不可能超过 8106种。

8. 平均起来每一种书刻、写、印刷的总册数不到 5104册，再多也不会超过 1105册。

9. 每一册书里的字数平均起来不到 3105字，极而言之，也不能超过 6105字。

10. 由此可见，人类有史以来用汉字所刻、写、印刷的全部书籍内总共约有 61016

11. 字，即使再往大些估计，无论如何也不可能超过 4.81017字。

12. 而用其他文字所刻、写、印刷的书籍里虽然也会有一些汉字，但其数量显然非常少。

13. 因此，人类有史以来所刻、写、印刷的全部书籍内汉字的总和不可能超过 51017字。

14. 考虑 N 个气体分子向真空自由膨胀的例子。若有一隔板把一个长方体容器分成左右两个体积相等的部分。

15. 如果最初这 N个分子全都集中在容器的左面部分里，把隔板抽掉以后，这些分子就会向右面真空自由膨胀，并在整个容器内作热运动。

16. 而这N个分子再次全部都集中在容器的左面部分里的概率等于(1/2)N = (2N)1。

17. 设想有一本书，书里共印有M个汉字，假定每个汉字都不相同，把印此书所用的铅字全部打乱后堆放在一起。

18. 然后信手胡拿并依次排列后，结果竟和原书一字不差的概率等于( M！)1。

19. 如果上述两个概率相等，即(2N)1 = ( M！)1，则当N = 31019时，得 M 5.21017 51017。

20. 这本书的字数实在太多了，它居然已经超过了人类有史以来所刻、写、印刷的全部书籍内所有汉字的总和。

21. 可见这 31019个分子自由膨胀后虽然有可能全部都退回到容器的左面部分里，

22. 但其概率却太小了，实际上几乎没有机会能够遇到这种情况。 但其概率却太小了，实际上几乎没有机会能够遇到这种情况。

23. *河外星系光谱线的多普勒红移 *哈勃关系 *哈勃常量 *哈勃时间 *哈勃半径 *膨胀的宇宙

24. *宇宙中的氢氦丰度比 *大爆炸宇宙论 *宇宙微波背景辐射 *科学发现的机遇

25. *宇宙平均密度*临界密度 *膨胀宇宙 *开宇宙 *收缩宇宙 *闭宇宙 *振荡宇宙

26. *暗物质 *云南宇宙线站观察到的奇特事例 *具有负热容的自引力系统热寂说 *暗能量

27. 宇宙的结构和演化

28. 哈勃常量

29. 哈勃关系

30. 1929年，哈勃研究了24个河外星系光谱线的多普勒红移，发现了哈勃关系(哈勃定律)。

31. 哈勃关系：河外星系相对于地球的后退速度 v 正比于河外星系到地球的距离 R，即v = H0R.式中H0 称为哈勃常量。

32. 哈勃关系的发现使哈勃万分激动，他当时曾说： “如此之少的资料，如此局限的分布，然而其结果又是如此之肯定。” 肯定了什么？肯定了宇宙在膨胀。

33. 现今的哈勃常量

34. 1975年以来，对于哈勃常量的测量已经进行过 300 次以上，所得到的量值集中在50 – 100 kms-1Mpc-1的范围内。

35. 现今的哈勃常量则为H0 = 100 h kms-1Mpc-1.式中h = 0.71-0.03+0.04，故H0= 71-3+4kms-1Mpc-1.在天文学中常用天文单位、秒差距、光年。

36. 天文单位(A或au)、光年(l.y.)、秒差距(pc)、千秒差距(kpc)、兆秒差距(Mpc) 都是比米(m) 大得多的长度单位，它们之间的换算关系如下。

37. 1 A = 149 597 870 660 m；1 l.y. = 0.306 6……pc = 0.946 1…… 1016 m；1 pc = 1A/(1arc sec) = 3.085 677 5801016 m = 3.262……l.y.；1 Mpc = 103 kpc= 106 pc.

38. 哈勃时间哈勃半径

39. 哈勃常量的倒数称为哈勃时间，它就是宇宙的年龄。宇宙现今的年龄为 t0 = 13.7  0.2 Gyr. 1 Gyr(吉年) = 109 a.

40. 哈勃时间与真空中光速的积称为哈勃半径（哈勃长度），它就是宇宙的尺度（它回答了所谓 “天有多高？” 的问题）。宇宙现今的尺度约为ct0 = c/H0 1.21026 m.

41. 宇宙微波背景辐射

42. 大爆炸宇宙论

43. 1948年伽莫夫提出热大爆炸宇宙学说，不但能够成功地解释河外星系光谱线的多普勒红移和已知的宇宙中氢氦的丰度比，

44. 而且还从理论上预言了起源于大爆炸的辐射冷却到现在应该仍有约 2.5 K 的黑体辐射谱。

45. 宇宙微波背景辐射的发现

46. 1964年至1965年，彭齐亚斯和威尔孙在研究人造卫星通讯中的噪声时发现，在太空中总有一些无法消除的、各向同性的微波噪声，称为宇宙微波背景辐射。

47. 宇宙微波背景辐射谱与黑体辐射谱符合得很好。由此所确定的、现今的宇宙微波背景辐射温度为T0 = 2.725  0.001 K.

48. 宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸宇宙论提供了有力的支持和印证，此项研究因而获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

49. 研究中得到的一系列成果比原始问题更重要是一种普遍现象。哥伦布最初只是想找一条去印度的新路，结果意外的收获是他发现了新大陆。 ——丁肇中

50. 在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。 ——巴斯德