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哪一项标准模型估计了宇宙中熵的增加?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-05-30 09:25:53

熵是对随机性或不确定性的一种度量,它表示没有足够的能量来做有用的工作。这是宇宙的一个基本性质,可用热力学第二定律来表示,即“孤立系统的总熵不随时间而减少。”

你可以看到熵属于整个系统,同时也是时间的函数。

包含17个基本粒子的标准模型是用来建立这些基本粒子相互作用的理论模型。这些粒子都不代表时间,因此,熵在标准模型中没有明确表示。然而,我想在这里给出一个例子,如何使用标准模型来可视化熵增加在基本层面上的影响。

考虑伽马射线光子产生一对电子(e−)和正电子(e+)的相互作用:

哪一项标准模型估计了宇宙中熵的增加?

产生这种相互作用所需要的伽马射线光子能量应该大于1.022 MeV(即电子/正电子的2倍静止质量能量)。然而,为了保持动量,这种相互作用只能发生在受到过多反冲的重核存在的情况下。

现在,如果相同的电子-正电子对湮灭,这将产生2个伽马射线光子,每个0。511mev。动量和能量守恒不允许产生一个光子。

哪一项标准模型估计了宇宙中熵的增加?

可以看出,在上述相互作用中,重核的反冲损失了一些能量,而最终产物即0。511 MeV的两个光子再也不能产生电子-正电子对。这就是熵增加的确切含义,即:

随机性增加(从1个光子开始,以2个光子结束,伴随着重核反冲的能量损失)。

可用于有用工作的能量下降(1个光子1.022 MeV,可用于成对生产,转换为两个光子0.511 MeV,不能再用于成对生产)。

在某些情况下,高能的e−e+对湮灭可以产生额外的粒子,如中微子,这再次代表了产生中微子的能量的随机性和不可获得性的增加,因为中微子与其他物质的相互作用很弱。

由于这种相互作用是不可逆的,因此系统的熵总是会增加。

因此,即使是基本粒子的相互作用也遵循熵增定律,这是宇宙的基本定律之一。
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