一個已經(jīng)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(fù)到杯子的形態(tài)。
這一簡單又顯而易見的道理反映到物理學(xué)上,就是大名鼎鼎的熱力學(xué)第二定律,也是讓無數(shù)科學(xué)家心灰意冷的熵增定律。
不斷上升的無序度
熵增定律最早脫胎于熱力學(xué),是在研究永動機和熱機效率時被發(fā)現(xiàn)的,后來隨著宇宙學(xué)的進(jìn)步,科學(xué)界發(fā)現(xiàn)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(tǒng),內(nèi)部的星系和原子們在漫長時間過后,都會因為熵值的上升而消亡。
具體到恒星上來看,雖然現(xiàn)在銀河系每年都還能產(chǎn)出50多顆新的恒星,但隨著時間的推移,幾十億年到幾百億年后,以太陽為代表的黃矮星,以及質(zhì)量更大壽命更短的恒星們,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于宇宙中。
在此期間雖然還會恒星從星云中坍塌形成,但和數(shù)百億上千億年的時光比起來,這些新恒星的壽命也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。熱寂與大撕裂
在宇宙學(xué)家最開始的設(shè)想中,足夠漫長的時間過后:白矮星和中子星會熄滅,黑洞會蒸發(fā),宇宙中殘余的星云也不足以產(chǎn)生新的恒星。
最后的最后,宇宙中所有恒星都會熄滅,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(dá)到“死得不能再死”的熱寂狀態(tài)。
但近些年來有關(guān)宇宙加速膨脹和暗能量的研究,卻指出宇宙最后不會被熵增定律毀滅,因為人類現(xiàn)在觀測到的宇宙中的物質(zhì),只占了宇宙質(zhì)能總量的4.9%,屬于占比最小的重子物質(zhì),剩下占比26.8%的暗物質(zhì)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(xiàn)在的宇宙學(xué)和物理學(xué),只是建立在占比僅有4.9%的普通物質(zhì)上的,對于真正能決定宇宙命運的暗物質(zhì)和暗能量還知之甚少。
根據(jù)現(xiàn)有的觀測結(jié)果,是暗物質(zhì)的存在讓星系獲得了額外的引力,才不至于因速度過快而分崩離析,而宇宙大爆炸138.2億年后的今天,暗能量還在讓宇宙加速膨脹中,這也是為什么天文學(xué)家眼中的其他星系都在遠(yuǎn)離地球的原因,而且距離地球越遠(yuǎn)的星系,遠(yuǎn)離地球的速度就越快。
如果宇宙一直加速膨脹,那么星系與星系間的距離就會越來越大,久而久之星系內(nèi)恒星的距離也會越來越大,隨著宇宙物質(zhì)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(nèi),讓行星與行星間的距離越來越大。
在有關(guān)大撕裂的最終推測里,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(zhuǎn)嗎?
在阿西莫夫《最后的問題》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(zhuǎn)嗎?
最后的結(jié)局是計算機算出了答案,但那時宇宙中已沒有了人類,于是計算機成了新的“上帝”,說了句“有光吧”,而后新的恒星便誕生了,宇宙從熱寂狀態(tài)又回到了低熵狀態(tài)。
但在現(xiàn)實的宇宙中,以人類文明為代表的低熵體們,雖然能用技術(shù)手段降低某一區(qū)域內(nèi)的熵值,甚至是再點燃一顆恒星,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(fā)展。
熵增這樣的宇宙規(guī)律,也許就是物理學(xué)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(xiàn),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。