破鏡難重圓,簡單的熵增定律,為何最讓科學家感到絕望…


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破鏡難重圓,簡單的熵增定律,為何最讓科學家感到絕望?

一個已經碎了的杯子不可能在沒有外部力量的參與下,自動從碎片再恢復到杯子的形態。

這一簡單又顯而易見的道理反映到物理學上,就是大名鼎鼎的熱力學第二定律,也是讓無數科學家心灰意冷的熵增定律。

不斷上升的無序度

熵增定律最早脫胎於熱力學,是在研究永動機和熱機效率時被發現的,後來隨著宇宙學的進步,科學界發現熵增定律放在宇宙層面也同樣適用,因為我們所處的宇宙就是一個最大的孤立系統,內部的星系和原子們在漫長時間過後,都會因為熵值的上升而消亡。

具體到恆星上來看,雖然現在銀河系每年都還能產出50多顆新的恆星,但隨著時間的推移,幾十億年到幾百億年後,以太陽為代表的黃矮星,以及質量更大壽命更短的恆星們,就會集體壽終正寢,以白矮星或者中子星,甚至是黑洞的形式存在於宇宙中。

在此期間雖然還會恆星從星雲中坍塌形成,但和數百億上千億年的時光比起來,這些新恆星的壽命也是遠遠不夠的。

熱寂與大撕裂

在宇宙學家最開始的設想中,足夠漫長的時間過後:白矮星和中子星會熄滅,黑洞會蒸發,宇宙中殘餘的星雲也不足以產生新的恆星。

最後的最後,宇宙中所有恆星都會熄滅,整個宇宙空間將沒有一絲光亮,整體溫度也會因為黑暗而變成絕對零度,最終達到“死得不能再死”的熱寂狀態。

但近些年來有關宇宙加速膨脹和暗能量的研究,卻指出宇宙最後不會被熵增定律毀滅,因為人類現在觀測到的宇宙中的物質,只佔了宇宙質能總量的4.9%,屬於佔比最小的重子物質,剩下佔比26.8%的暗物質和占比68.3%的暗能量,才是宇宙的主流。

誰能決定宇宙的命運?

人類現在的宇宙學和物理學,只是建立在佔比僅有4.9%的普通物質上的,對於真正能決定宇宙命運的暗物質和暗能量還知之甚少。

根據現有的觀測結果,是暗物質的存在讓星系獲得了額外的引力,才不至於因速度過快而分崩離析,而宇宙大爆炸138.2億年後的今天,暗能量還在讓宇宙加速膨脹中,這也是為什麼天文學家眼中的其他星係都在遠離地球的原因,而且距離地球越遠的星系,遠離地球的速度就越快。

如果宇宙一直加速膨脹,那麼星係與星系間的距離就會越來越大,久而久之星系內恆星的距離也會越來越大,隨著宇宙物質密度的不斷下降,終有一天宇宙加速膨脹的力量會作用到太陽系內,讓行星與行星間的距離越來越大。

在有關大撕裂的最終推測裡,宇宙膨脹之力會施加在宇宙中每個原子身上,到時候宇宙中所有原子都會被撕碎,宇宙也將被撕裂。

宇宙的命運能被逆轉嗎?

在阿西莫夫《最後的問題》中,超級計算機存在的意義只為回答一個問題:熵增能被逆轉嗎?

最後的結局是計算機算出了答案,但那時宇宙中已沒有了人類,於是計算機成了新的“上帝”,說了句“有光吧”,而後新的恆星便誕生了,宇宙從熱寂狀態又回到了低熵狀態。

但在現實的宇宙中,以人類文明為代表的低熵體們,雖然能用技術手段降低某一區域內的熵值,甚至是再點燃一顆恆星,但放到宇宙層面上來看,低熵體們的這些行為其實只是局部熵減,整體熵增,整個宇宙仍然在向混亂發展。

熵增這樣的宇宙規律,也許就是物理學的底線,它讓毀滅比重生更簡單,讓一切都有了壽命,讓混亂比秩序更容易出現,但也正因為有了熵增,低熵體們才會分外珍惜時間,熱愛一切值得熱愛的事物。