什么是熵增定律 科学家:它能决定宇宙的命运 人类也受支配
在夜晚的深空,星星点缀着黑色的宇宙,有些星星早已存在于太阳系形成之前,而有些则将在太阳熄灭后依然熠熠生辉。人们通常将太阳看作永恒的象征,把太阳和其他类似的天体冠以恒星的美名,仿佛它们是宇宙中永恒存在的符号。然而,随着科学的发展,我们逐渐认识到,包括太阳在内,宇宙中没有什么是永恒的。甚至宇宙本身也有寿命。
根据目前的宇宙学理论,我们的宇宙诞生于138.2亿年前的一次大爆炸。在这个大爆炸之前,不存在时间和空间,只有一个奇点,这个奇点可以看作是宇宙的种子,是一切物理定律、恒星和我们的起源的源头。
在138.2亿年前的某一刻,这个奇点发生了爆炸,宇宙迅速膨胀,时空和物质逐渐成形。大爆炸后,30万年过去了,光子开始在宇宙中传播,星云凝聚成第一代恒星,然后是含有重元素的第二代恒星。我们的太阳就是一颗典型的第二代黄矮星,而地球及其上的生命则是这些恒星的产物。
时至今日,在天文学家的观测中,我们的宇宙仍在加速膨胀。这一速度在距离地球145亿光年外的地方已经超过了光速,这意味着人类将永远无法看见那些星系。尽管我们对宇宙的认知不断深化,但宇宙也并非永恒存在的。
物理学家早已认识到宇宙有生命极限。研究中涉及的热力学中的熵增定律表明,在封闭系统中,系统的混乱程度总是上升的。这意味着在一个封闭系统中,事物只会自发地从低熵(有序)向高熵(无序)演变,而且这个过程是不可逆转的。
将这一定律应用于宇宙,我们发现太阳总有一天会熄灭,黑洞会在漫长的时间后蒸发殆尽。虽然新的恒星不断诞生,但宇宙中的物质总量是有限的,因此在熵增定律的影响下,宇宙中的所有恒星最终都会熄灭,宇宙将变成一片死寂。
从微观角度来看,宇宙中的所有物质都由微小粒子组成。这些粒子在无规则的运动中不断碰撞,运动速度越快,物质温度越高。然而,这也代表着内部粒子运动的无序度越高,即“熵”值越大。这与热水传热的过程相似,热水中的高熵粒子会转移到冷水中的低熵粒子,使整体的熵值增大。
熵增定律告诉我们,在一个封闭系统中,事物总是朝着混乱的方向发展,而宇宙是最大的封闭系统。因此,宇宙内的熵增是不可避免的。
在未来的50亿年里,太阳将内部的氢元素耗尽,膨胀到现在的200倍体积,吞噬水金星,直至地球。氦元素燃烧完后,太阳将在一次大爆炸中变成白矮星,发出幽幽的白光。然而,这幽光也将在几十亿年内逐渐熄灭,太阳将成为黑矮星。
其他一些超大质量恒星将发生大爆炸,形成中子星或黑洞。中子星会在高速自转中发射脉冲,通常只有较短的几亿年寿命。而超大质量黑洞可能是宇宙最后仍然存在的天体,吞噬掉所有已经消亡的恒星。然而,黑洞自身也在蒸发,最后在一次大爆炸中迎接死亡。
在这些事件发生后,宇宙将达到热平衡,一片绝对的黑暗。要想避免这一结局,唯一的办法就是寻找其他宇宙,因为其他宇宙的存在可以转移宇宙的熵增,就像热水的温度会逐渐转移到冷水一样。
人类则一直在抵抗熵增,人的一生就是不断抵抗混乱的过程。只有不断为自己注入新的能量,才能在这个充满无序的宇宙中保持秩序,让自己的人生不走向混沌无为。所以,尽管宇宙有生命的极限,但人类对生命的探索和抵抗熵增的努力将会持续下去。
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