能量守恒与宇宙大爆炸
能量守恒和宇宙大爆炸
    在这学期的大学物理课中,我学到了很多新的物理知识,它让我看到了世界的新的一面,并对宇宙产生了浓厚的兴趣,下面是我对这一课题的一方面探索:能量守恒和宇宙大爆炸。
人们从观察众多的自然现象总结出能量守恒定律,后来通过研究对称性与守恒定律的关系发现,每一个守恒定律都是由于自然界某种对称性引起的,能量守恒对应于时间平移对称,即时间平移不变性。宇宙大爆炸理论提出后,大爆炸开始的那一瞬间为时间起点,这一瞬间之前,谈论时间是没有意义的。也就是说宇宙大爆炸使我们再不能认为时间具有平移不变性了,能量守恒的理论基础出现裂痕。与此同时,利用高精度的激光测距技术,发现万有引力常数随时间变化,这表明孤立系统的能量可能真的不是恒量。能量守恒定律面临挑战。
不能从理论上证明能量守恒定律,不等于能量就不守恒了,能量到底是否守恒,还必须用实践来检验。
从能量守恒定律的建立历史,我们知道,这个定律的实验基础非常雄厚,到目前为止还没有一例显示能量不守恒,因此直接测定一个封闭系统的能量是否守恒仍然是一件非常困难的事。测定各种基本相互作用常数是否随时间变化,也许是一种可行的途径。
  比如,万有引力常数G就决定了物体之间相互作用的引力能,而G的变化,也将使引力能发生变化。不论变化的原因是什么,变化确实是存在的。它一方面说明孤立系统的能量随时间变化,能量不再是一个守恒量。比如,根据有关公式的计算,由于G的这一变化,太阳的固有引力能每年有2.4×1030焦耳的改变;太阳系各星体间相互作用的引力能,每年也将有4×1023 焦耳的变化。能量不守恒反过来说明时间进程的均匀性假设不正确,如前面说到的单摆和上抛小球,由于G随时间变化, 今天测定单摆的周期和小球回落所经历的时间,都与昨天测量结果有所不同,这都是由于宇宙在时间上有了起点的缘故。而这一点对宇宙大爆炸理论又是一种支持。
  最后
能量守恒定律大约经过万有引力常数200年的考验, 没有一个实验或现象违背这一定律,现在怎么忽然说它不成立了呢?这可以用测量精度不高来解释,即使现在测量精度提高到数千亿分之一,但要实地测量一个孤立系统的能量随时间的变化量,仍然是不可能的,但我们从引力常数G的变化,又确实感受到系统能量的变化, 也就是说,系统能量不是没有变化,而是我们没有测出来。
  能量守恒定律还有一层意思是,各种形式的能量在相互转变中守恒, 如一定量的核子能变成等量的机械能, 一定量的机械能变成等量的电能等,这一结论仍然成立,但需要加一个条件,那就是同时
                                                                                     

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