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宇宙的终极 为何让科学家感到绝望?
www.creaders.net | 2021-07-12 15:40:36  宇宙观察记录 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

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一个已经碎了的杯子不可能在没有外部力量的参与下,自动从碎片再恢复到杯子的形态。

这一简单又显而易见的道理反映到物理学上,就是大名鼎鼎的热力学第二定律,也是让无数科学家心灰意冷的熵增定律。

不断上升的无序度

熵增定律最早脱胎于热力学,是在研究永动机和热机效率时被发现的,后来随着宇宙学的进步,科学界发现熵增定律放在宇宙层面也同样适用,因为我们所处的宇宙就是一个最大的孤立系统,内部的星系和原子们在漫长时间过后,都会因为熵值的上升而消亡。

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具体到恒星上来看,虽然现在银河系每年都还能产出50多颗新的恒星,但随着时间的推移,几十亿年到几百亿年后,以太阳为代表的黄矮星,以及质量更大寿命更短的恒星们,就会集体寿终正寝,以白矮星或者中子星,甚至是黑洞的形式存在于宇宙中。

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在此期间虽然还会恒星从星云中坍塌形成,但和数百亿上千亿年的时光比起来,这些新恒星的寿命也是远远不够的。

热寂与大撕裂

在宇宙学家最开始的设想中,足够漫长的时间过后:白矮星和中子星会熄灭,黑洞会蒸发,宇宙中残余的星云也不足以产生新的恒星。

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最后的最后,宇宙中所有恒星都会熄灭,整个宇宙空间将没有一丝光亮,整体温度也会因为黑暗而变成绝对零度,最终达到“死得不能再死”的热寂状态。

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但近些年来有关宇宙加速膨胀和暗能量的研究,却指出宇宙最后不会被熵增定律毁灭,因为人类现在观测到的宇宙中的物质,只占了宇宙质能总量的4.9%,属于占比最小的重子物质,剩下占比26.8%的暗物质和占比68.3%的暗能量,才是宇宙的主流。

谁能决定宇宙的命运?

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人类现在的宇宙学和物理学,只是建立在占比仅有4.9%的普通物质上的,对于真正能决定宇宙命运的暗物质和暗能量还知之甚少。

根据现有的观测结果,是暗物质的存在让星系获得了额外的引力,才不至于因速度过快而分崩离析,而宇宙大爆炸138.2亿年后的今天,暗能量还在让宇宙加速膨胀中,这也是为什么天文学家眼中的其他星系都在远离地球的原因,而且距离地球越远的星系,远离地球的速度就越快。

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如果宇宙一直加速膨胀,那么星系与星系间的距离就会越来越大,久而久之星系内恒星的距离也会越来越大,随着宇宙物质密度的不断下降,终有一天宇宙加速膨胀的力量会作用到太阳系内,让行星与行星间的距离越来越大。

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在有关大撕裂的最终推测里,宇宙膨胀之力会施加在宇宙中每个原子身上,到时候宇宙中所有原子都会被撕碎,宇宙也将被撕裂。

宇宙的命运能被逆转吗?

在阿西莫夫《最后的问题》中,超级计算机存在的意义只为回答一个问题:熵增能被逆转吗?

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最后的结局是计算机算出了答案,但那时宇宙中已没有了人类,于是计算机成了新的“上帝”,说了句“有光吧”,而后新的恒星便诞生了,宇宙从热寂状态又回到了低熵状态。

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但在现实的宇宙中,以人类文明为代表的低熵体们,虽然能用技术手段降低某一区域内的熵值,甚至是再点燃一颗恒星,但放到宇宙层面上来看,低熵体们的这些行为其实只是局部熵减,整体熵增,整个宇宙仍然在向混乱发展。

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熵增这样的宇宙规律,也许就是物理学的底线,它让毁灭比重生更简单,让一切都有了寿命,让混乱比秩序更容易出现,但也正因为有了熵增,低熵体们才会分外珍惜时间,热爱一切值得热爱的事物。

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