热力学定律告诉我们宇宙的终点是冰葬
文摘
2024-10-18 08:45
广东
马主义哲学认为宇宙是永恒发展的，在马哲的宇宙观中，宇宙没有开始也没有结束，并且宇宙始终处在从低级到高级的永恒发展中。但热力学定律却推翻了马哲关于宇宙是永恒发展的理论，宇宙的终点是热寂，是走向衰亡。热力学定律共有四条，其中第二定律表述为：在一个封闭系统内，熵总是趋于增加，当熵增加到一个临界点，封闭系统便会崩溃并呈现完全无序的状态。什么是熵呢？简单理解就是无序度，无序就是无秩序，熵增就是系统从完全有序演变至完全无序的过程。现代宇宙学证明我们的宇宙开始于138亿年前的一次大爆炸，在宇宙大爆炸后宇宙从一开始的完全有序的紧密奇点逐步演化，并诞生了星系恒星行星和万千生命，但熵增定律决定了宇宙的终点是死亡。在我们的宇宙诞生以后，原先宇宙各地物理性质高度一致，都处于高压高温的状态被打破。宇宙的空间不断生长，宇宙间的物质加速远离，于是熵增便开始了。宇宙整体的有序度不断降低，但宇宙局部的有序度反而在上升：随着宇宙温度的冷却，宇宙中的基本粒子组合成核子，再组合为组成物质的基本单元原子，最早被创造的元素是氢和氦，这两种元素占物质的绝大部分。宇宙中逐步形成无数由氢组成的星云，在引力作用下氢不断向内压缩，于是星云内部温度和压力越来越大，最终引发核聚变，于是恒星诞生了。![]()
而形成恒星的边角料在引力作用下集聚形成了行星和卫星，卫星围绕行星旋转，行星再围绕恒星旋转，于是星系产生了。而几百亿几千亿以至更多的恒星在引力和暗能量的支配下形成了大范围的恒星系，星系再组合成更大空间尺度的星系团、超星系团，宇宙大空间结构等。在合适的环境中，一颗合适星球表面的海洋中小分子物质加快组合而成大分子，大分子演化为有机分子，最终产生原始的生命。之后生命随着环境的改变加快演化，技能树不断点亮，最后意外点开了智慧的技能，于是智慧生命便产生了。智慧生命不再只是适应大自然，而是去试着运用头脑利用改造环境来生存，于是演化出来文明。宇宙大爆炸后138亿年的今天，宇宙在整体上呈现有序运行的状态，并产生了局部有序的最高产物-生命和文明。那么，宇宙和人类的未来是什么呢？我们用热力学定律，不考虑最新的物理学研究成果的视角来看一看。我们宇宙中全部的恒星终有一天将全部熄灭，这是因为恒星自诞生以来便不断将氢转化为氦，将氦再转化为重元素。大质量恒星的终点是黑洞或类星体，类星体如超新星的爆炸将在短时间内释放出巨量的能量；中小恒星的终点是白矮星，之后是红矮星和黑矮星，最后冷却熄灭。宇宙中有恒星存在的岁月是生命和文明的黄金时代，而这一黄金时代将持续多少年呢？美国物理学家戴森估算为100万亿年，那我们正处于黄金时代的前期，黄金时代仅经历了万分之上。不过戴森未考虑到文明的发展会加快熵的增加，人类一旦发展至二级和三级文明便需要直接提取恒星能，到这时宇宙中的恒星会加速消耗尽。在宇宙中全部恒星熄灭以后，生命和文明便只有集聚在黑洞周围依赖黑洞散发出的微弱光热存活，而黑洞向外散发能量这一事实由斯蒂芬.霍金所证明。黑洞在向内吸收物质和能量的同时不断向外吐出能量，这便是黑洞蒸发，所以恒星熄灭后那个遍地都是黑洞的时代也终将结束。科学家预测在10^29年~10^100年内大大小小的黑洞将熄灭，宇宙的温度将继续向绝对零度下滑。当恒星和黑洞全部熄灭之后，当宇宙的温度无限逼近绝对零度之时，所有生命都将被冻死，所有的文明都将在绝望中崩溃并死亡。之后宇宙中的物质将进一步衰变，到10^1500年宇宙中全部元素衰变为铁，之后经历更慢长的岁月，宇宙中全部物质似无限制趋向停止运动，运动速度会越来越慢。但热力学第三定律决定了在封闭系统内无法通过有限步骤达到绝对零度，似乎意味着热寂后的宇宙将永远越来越接近绝对零度却永远也无法达到，痛苦的冰葬直到永远。但是宇宙不一定是无限的，如果宇宙是无限的，那宇宙只会发生局部的热寂，宇宙将逐步死去而且呈现一个永恒的状态。如果宇宙是有限的，那么做为一个封闭系统的宇宙将走向热寂，并在足够巨大的时间尺度走向新生-庞加莱回归。本文聚焦于有限的宇宙，并且不考虑宇宙空间的膨胀和其他物理因素，比如宇宙不是一个封闭的系统，我们可以通过虫洞前往其他宇宙等。下篇文章将为读者介绍宇宙热寂之后，死亡的宇宙终将复活，即庞加莱回归。到第三篇文章我们结合宇宙的热寂和庞加莱回归为读者呈现一种在时间上无限循环重复的宇宙模型。本公众号将陆续为读者朋友更新宇宙学相关内容，欢迎关注并进粉丝群讨论！
