全局统计熵及其对星体和星系主序列的影响

在如星体或星系这样的耗散系统中，发射的光子与物质粒子脱耦合，因而可视为构成一个封闭系统，其中适用第二定律热力学。本文提出一种统计方法以定义全局熵，既考虑物质粒子的贡献，也考虑光子的贡献，其中光子的统计贡献以光子气体的形式被包含在全局熵的定义中。全局熵的增加可以通过结构形成来促进发展——而非无序，因为诸如星体和星系等结构在以光子形式耗散能量方面具有高度效能，从而能够产生熵。我们表明，星体在其在霍兰德-瑞尔（HR）图主序列上的生命周期内几乎产生等量的比特熵，因而在单位质量上产生相当数量的光子。这表明HR图的主序列构成了一个趋向于星体产生普遍比特熵的收敛轨迹。我们随后考察了这一方法对星系中星形成主序列的影响，找到了类似的结果。宇宙历史中有序结构的出现反映了第二定律，因为有序的物质通过将能量切分为低频光子来高效地产生熵。这也体现在低频光子对外星球背景光的占主导地位中。最后，我们简要讨论了这一视角如何为我们了解宇宙中其他生命是否存在提供线索。