万有引力使熵减小，表明熵会自发减小吗? 第1页

关于引力系统中的熵的变化，误解非常之深。一个典型的说法就是，因为广域的引力场存在，使得熵增原理不再成立，因而热力学第二定律不适用于整个宇宙系统，所以热寂说也就不成立。

这绝对是错误的。

首先，必须清楚明白一点，热力学第二定律是我们已知的最基本的普适定律之一。事实上，在包括爱因斯坦和霍金等著名科学家看来，前面这句话中的“之一”二字纯粹多余。很多人认为，第二定律的位置甚至要早第一定律之上。

也就是说，直至人类对自然界认识的现在水平，熵增原理一直是普适的，基本的，不可打破的。引力不会在一个孤立系统中引起自发的熵减。在星系，银河系，哪怕是整个宇宙系统，按照人类现有的发现水平，热力学第二定律都是成立的。

一个比较误导的说法就是，星云自发地形成星系，在这个过程中，一团均一的气体形成了有规律运动的星系，那么很显然，“混乱度”大大下降了，星云自发地从无序状态变为有序状态，难道不是熵减少了吗？

当然不是。

星云在形成星系的过程中，随着物质的集中，整个系统引力势能降低，根据能量守恒，它的动能必然增加。这些动能的增加最终无可避免地转化为热。使得星球的温度升高 - 如果你对热力学比较熟悉，你立刻就会认识到，这中间存在能量耗散，必然是个熵增过程。

有人利用了理想气体模型来计算它的熵，得到星云收缩必然熵减的结论，这无疑是极其错误的。且不说平衡态的熵定义在这里能否使用的问题，这个逻辑中的缺陷就是，根据位力定理，如果想使得一团稳定的星云发生收缩而形成星系，必然要向外大量辐射热量。这些辐射将会导致整个宇宙的熵大大增加。

很多人指出过，引力系统是一个负热容的系统。也就是说，当它向外散热时，它的温度升高。我们可以简单地把星云收缩过程这样来描述：

1、星云收缩，势能降低，导致动能增加，温度上升；

2、温度上升导致向外辐射增加，使得星云能量下降，星云继续收缩；

3、继续收缩将会重复过程1，温度继续上升；

4、继续向外辐射，继续收缩；

5、……

我们可以发现，这种负热容的系统永远不会达到热力学平衡，它会一直收缩、升温、辐射。虽然我们只看星云系统，它的熵会降低，但是这仅仅是局部的，不要忘了，收缩过程中大量的辐射是一个熵增过程，他将远远超过星云本身的熵减。整体来看，这个过程是熵增的。

引力系统的负热容性质给我们带来的可能的新观念，不是说熵可以自发降低，而是说熵不存在上限。如前所述，负热容体系是一个不稳定系统，它将持续收缩，永远达不到一个平衡态。这意味着，宇宙中的总熵虽然在持续增加，但是这种熵增永远没有尽头 - 不会热寂。