「熱寂說」是一種關於宇宙終結的學說，它對不對呢？我們來討論下

今天，我們來說說一下關於「熱寂說」的有關討論，一起來思考生命與宇宙的關係。「熱寂說」是一種關於宇宙終結的學說。為什麼關於宇宙的思考會跟生命聯繫在一起呢？這是因為不管是生命還是宇宙，總有一些很基本的物理規律必須要遵循，就是這些基本的物理規律溝通起了生命世界和非生命的物質世界。

「熱寂說」是一個很經典的物理學說，這個理論的基本想法最早由物理學家克勞修斯在 1867 年的一次演講中首次提出，這個具有挑戰性的觀點在當時的歐洲引起了一場旋風。克勞修斯曾經將熱力學第一和第二定律概括為兩句名言，第一句名言是「宇宙的能量是恆定的。」，第二句名言是「宇宙的熵是趨於最大值。」

我們先來解釋一下名言中的一個陌生詞：熵。所謂的「熵」指的就是系統無序的程度。比如說，我們把一滴墨水滴到一杯清水裡，起初，墨水裡面的碳顆粒集中在水的局部，這是相對比較有序的，但隨著墨水的擴散，碳顆粒就會跑得到處都是，逐漸變得無序起來，這就是熵增加的過程。「熵增加」的原理告訴我們，一個封閉系統會自發地從有序狀態逐漸演化到越來越無序的狀態，直觀理解起來，這就像一個房間不收拾的話就會越來越亂，耳機的線會自發地卷得很亂等等。因此這第二句名言「宇宙的熵是趨於最大值，」我們就可以理解成我們的宇宙會變得越來越無序。

但是這時候，問題就來了，生物總是需要儘可能地排斥無序。我們想一想就會明白，如果生命沒有某種對抗「無序」的力量，那麼我們去游泳的話，就會像墨水滴到水裡那樣，各種原子離子分子溶解得到處都是。但是如果最終宇宙的熵會漸漸趨向於無窮大，那麼我們的宇宙就會變得越來越不適合生命生存，這豈不是產生了矛盾嗎？

其實之所以產生矛盾，是因為我們還沒有考慮到引力。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。

我們舉個例子，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。在這個過程中，熵的確是增加的，這樣一個過程的確符合我們想像的「熱寂說」。但這個例子里，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，但宇宙中存在著萬有引力，因此更貼近實際情況的一個類比就是，我們不妨想像這些鐵釘都是磁鐵做成的。如果磁鐵釘撒了一地，會發生怎樣的情況呢？這些磁鐵釘撒到地上之後，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的磁場，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或者越來越無序。

那麼問題就又來了，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」這個概念聽起來可能有點陌生，但解釋起來也很簡單。在我們日常的生活中，絕大多數的物質如果溫度升高，它的能量也會升高，這是正比熱。所以負比熱的物質就是能量降低時，溫度反而會升高。太陽就是一個典型的具有負比熱的體系，太陽始終在無私的向外輻射出能量，假設我們給太陽輸入的能量越多，它反而會變得越冷，而當太陽在輻射出能量時，它也在變得更熱更亮。從太陽誕生至今，它的燃料在不斷減少，但它的亮度已經增加了30%，這種違反直覺的現象就是由於宇宙中無處不在的引力所造成的。

了解到這種現象，我們就很容易理解「熱寂說」的真正問題在何處了。熱寂說所想像的一種未來是均勻的，無序的，毫無生機的宇宙，這種想法的根源在於我們的一種生活經驗，也就是一個高溫的物體跟一個低溫的物體相接觸，最終平衡到一個中間的溫度。

按照這種想法，宇宙中存在著某種機制，最終能讓宇宙變得「均勻」。但事實上由於引力的存在，更準確的說是由於負比熱的作用，宇宙是不會變得「均勻」的。我們可以想像有兩個能量略有差異的太陽相互靠近，能量較低的那個太陽溫度更高，所以它在不斷輻射放出能量，這些能量被能量較高的那個太陽吸收，吸收完了能量變得更高，進而溫度變得更低……如此循環之後就形成了一個正反饋，兩個太陽之間能量和溫度的差距會越來越大，系統也變得越來越遠離那個平衡點。也正是遠離了平衡，宇宙才有可能產生物質和能量的聚集，最終讓生命得以產生和存活。

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