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大话能质等价和热力学第二定律的终结

已有 3363 次阅读 2008-6-23 09:28 |个人分类:认识论

大话能质等价和热力学第二定律的终结

 

在前面的博文“热力学第二定律的普适性与电磁波的关系”中,分析认为宇宙间电磁波辐射必然存在能量耗散或能量贬值,但是如何贬值的,耗散的能量去了哪里,没有答案。电磁波是人类认识世界的媒介,电磁波本身的耗散超出了人的“视界”,因此这里的讨论纯属说大话,因此起名“大话能质等价和热力学第二第二定律的终结”,既不严苛,也没有或不可能有试验上的佐证。

前面说过,如果电磁波辐射不存在能量耗散,则意味着直接宣告了热力学第二定律不是普适的。

这里还可以给出另一个例子:因为电磁波的能量具有热力学意义上的可转化性,太阳表面温度大约为6000K,如果太阳辐射能不存在耗散,则意味着在理论上永远存在将其辐射能转换成为高品质电能的可能性。

事实上,问题的关键不在于电磁波辐射的能量耗散是否存在,而在于是如何耗散的、与红移的关系以及其耗散的终点是什么?

质量守恒原理是经典热力学分析中的一项公理,但是现代物理学发现:一个自由电子和自由质子,放在一起生成一个氢原子,其间伴随一个紫外光子的发射,这个光子的能量正好等于氢原子与两个自由粒子的质量之差。一个放完电的电池比一个充满电的电池轻,丢失的质量变成了电。汽油燃烧产生的新分子的全部质量略低于汽油和氧合计的质量,质量之差转变成了热能,而且所有的化学反应都存在这种情况,其质量之差大约为1/1091/108。核聚变和裂变也有同样的现象,其消失的质量都转变成了能量。

爱因斯坦的能量方程经常被解说成能质等价。但是人类看见或实现的只有质量向能量的转化,没有能量向质量的转化现象。这何以能说是能质等价呢?

上述所有的转化都是质量向能量的转化,符合相对论所揭示的规律。能量是否会向质量转化呢?与电磁波的能量耗散有什么关系呢?到目前为止还没有这方面的报道。由于电磁波的能量耗散过程不具有可观察性,我们只能通过间接方式进行初步的探讨分析。

根据传热学,3分子气体如二氧化碳(CO2)和水(H2O)等对太阳能具有吸收作用,结果是气体温度的提高,并被视为气体分子热运动的增强。这与太阳升起、地球气温升高相对应。其实,大气层对太阳能吸收的另一个效应是其频率的降低、波长增大(为了与光谱红移相区别,宇宙学将这种现象称为“红化”。),这正好与早晚时分的太阳看起来比别的时间更红的现象相对应。这是因为早晚时分太阳光穿过大气层到达观测者的距离更大,更贴近地面,其间的水蒸汽和二氧化碳浓度更高,太阳能被吸收的更多,频率降低更多的缘故。

根据热力学,这一过程实际上是电磁波的能量耗散过程(也称不可逆过程)。但是,这一电磁波的能量耗散过程是如何进行的呢?仅仅只是电磁波的辐射能转变成了气体分子的热运动吗?电磁波的能量耗散后,空气的质量是否有变化?即是否有能、质的转化?如果有,即便质量变化非常微小,其意义也非同凡响。

需要特别指出的是,宇宙学认为电磁波的能量耗散必然导致星系际物质被加热到发出和恒星一样强的光。基于此,电磁波辐射才被“一致”认为没有耗散,这直接导致了光谱红移现象的多普勒效应解释,即认为是星系在退行和宇宙在膨胀,继而形成了宇宙大爆炸假说。但实际上,这是简单地用传热学和热力学所描述的热运动解释电磁波的能量耗散,而忽略了可能存在于其间的能、质转化现象造成的。

鉴于此,本文认为这个问题可能可以借助某种“媒介”对电磁波能量耗散作用前后的质量变化作进一步研究和观察。根据爱因斯坦的能量方程初步计算,1kg水温度升高1℃的热能折合静止质量等于4.652×10-14kg,在一般热工过程计算中,这种质量变化微乎其微,完全可以被忽略。但在涉及物理学实质之问题上,则不能被忽略。

至此,本文作出推断(大话):电磁波的能量耗散过程是不断释放出具有静止质量的粒子的过程。这样在万有引力的作用下,宇宙空间的真空得以维持,其温度才不至于升高。而释放出来的粒子可能就是所谓的“中微子”(或更小粒子?),宇宙空间存在着的大量中微子似乎可以认为是电磁波能量耗散过程存在的一个证据。

然而被观测到的电磁波耗散的例子很少,但很有意义。根据高能物理学,从宇宙射线中发现了π介子,其衰变产生μ子和μ子中微子vμ,而μ子的衰变则产生一个电子e和一个电子中微子ve;另外,τ子可以从宇宙射线中产生,但它们很快衰变,转化成电子或中微子,这些例子在一定程度上预示着电磁波能量耗散存在的真实性。

进一步,我们不难推断电磁波能量耗散的终点是2.7K的微波背景辐射,即中微子背景辐射。由于电磁波在浩瀚的宇宙中传播和耗散特性,决定了中微子在宇宙间的分布是均匀的,因此所观察到的微波背景辐射是各向均匀的,这也与实际观察相符。

综上所述,我们不难得出结论:无论电磁波是否存在能量的耗散,热力学第二定律都不是普适的。电磁波的能量耗散既是热力学第二定律的必然,又是第二定律的终结。

电磁波的能量耗散是所谓能质等价的另一个关键点,但这个关键点无法用实践进行左证,它超出了科学的范畴,这是十分无奈和遗憾的问题。

当然,除此之外,我们还应该关注电磁波辐射强度随着辐射距离的增加而减小的现象,这似乎也是一种能量耗散,但又不同于电磁波频率降低导致的能量品位降低,这个问题值得进一步分析。

另外,据某些文献介绍,在“绝对真空”的环境中,会无中生有地产生微观粒子,这与电磁波的穿透性及其耗散性的关系如何值得考虑。

 



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