宇宙,最終將會變成一片死寂!
克勞修斯更是將熱力學第一和第二定律概括為兩句名言:「宇宙的能量是恆定的。宇宙的熵是趨於最大值。」按照克勞修斯的推理,一旦宇宙的熵達到了最大值,那就意味著宇宙達到了穩定平衡的狀態,而這個平衡態是唯一的,因而宇宙中找不到任何讓熵降低的過程,宇宙將陷入一片死寂。
然而,克勞修斯的描述有個致命的問題,在宇宙的大尺度結構中,起著支配作用的力顯然是引力。一旦考慮引力的話,情況就會非常不同。假如有一盒鐵釘,不小心灑落在地上,鐵釘掉了一地,灑得很均勻,變得很無序,熵增加,這是符合我們想像的「熱寂說」。
但這個圖像中,我們假定了鐵釘之間沒有相互作用,或者說相互作用很微弱,但宇宙中是存在萬有引力,因此更貼近實際情況的一個類比就是,這些鐵釘都是磁鐵做成的。如果磁鐵釘撒了一地,那麼顯然靠得較近的那些磁鐵釘會吸在一起。在宇宙中,引力所起的作用類似於「磁鐵釘」,正因為有了引力的存在,宇宙中的物質可以聚集在一起,而不一定是要變得越來越均勻。
一,熱寂論,本質上就是熱力學第二定律的「熵增論」,只適合孤立系統。質疑的焦點是:熵增加究竟是否導致的「熱平衡」。從恩格斯1862年琢磨「自然辯證法」起迄今,這個問題已經爭論了156年,依然沒有定論。
二,不妨把抗衡熵增論的理論或學說,統稱為「熵減論」。典型的熵減學派有:麥克斯韋的「引力論」,玻爾茲曼的「漲落論」,普里高津的「耗散結構論」(天文物理學主流不認可),宇宙爆漲的「紅移論」。
三,熱寂說之所以尚無定論,是因為有「六大定義」尚未真正的搞定:宇宙的定義、空間的定義、真空的定義、電磁波與引力波的定義、紅移的定義、能量的定義。
因為,科學研究的最終成果,其實就是正確的「定義」二字。顯然,留給莘莘學子的研究課題與挑戰機會很多。
四,借鑒先賢前輩加上我的反思,我認為:
自然界的物質存在形式不存在孤立系統,宇宙是無限多個開放系統的總和。
空間物質的分布絕對不平衡,運動是絕對的,熱平衡是相對的或近似的,克勞修斯的「准靜態過程」只是一個理想模型。
物質的運動,都是一種物質波,具有波粒二象性,其波動性其實是測地線循環,波動的過程就是是熵增加運動、不斷衰減降頻。
不同物質波總是會或強或弱的相互聯繫、相互作用、相互影響。必然發生兩大「熵減機制」:自我波形的摺疊/卷積/高維化、相互之間的糾纏/簇合/聚團。
熵增與熵減是物質運動不可分割的兩個側面,可謂物質波的「熵增減二象性」。一個物質系統,在不同的環境中,時而熵增突出,時而熵減突出。
結論:自然界或宇宙,物質的運動,既有波粒二象性,又有熵增減二象性。
那麼問題就來了,如果宇宙中的物質可以通過引力的作用聚集在一起,那豈不是會越來越有序,這會不會違背了熱力學第二定律呢?這就涉及到引力的一種特殊的效應了,引力系統具有負比熱。負比熱意味著當體系的能量降低時,溫度會升高。太陽就是一個典型的具有負比熱的體系,太陽在輻射出能量時,其自身也在變得更熱更亮,從太陽誕生至今,它的亮度已經增加了 30%。在引力的作用下,隨著恆星等星體的形成,熵有可能不斷增加——而更關鍵的是,這種增加不會達到類似於平衡態那樣的一個上限,所以宇宙很可能不會達到一個「熵最大的狀態」。
只要宇宙本身如果不存在這樣一個熵最大的狀態,那麼對生命來說,就應該總會有供其排放熵流的的餘地。更重要的是,我們已經知道,在宇宙中還有許許多多的黑洞,黑洞像一個巨大的吸塵器,在宇宙中回收著排放出來的熵。在引力的幫助下,它們在吞噬著其它天體的同時,將各種信息寫在自己的表面上。黑洞一直維持著負比熱,在引力和黑洞的幫助下,「熱寂」這樣一個古老的詛咒也就終於可以被破除了。
PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)


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