熱寂說:宇宙將終結於混沌

2020-12-05 拆解好電影

本來打算日更的結果好像已經是周更了。我真是太忙(懶)了。

上次聊到了永動機,讓永動信徒們狂熱的是熱力學第一定律:能量守恆;那這次我們來聊聊曾經讓科學界和哲學界爭論一百年的「熱寂說」。

提出

第二定律分別有克勞修斯的「熱量不能自動從低溫物體傳向高溫物體」說法和開爾文提出的「其唯一效果是熱全部轉化為功的過程是不可能的」兩種表述。

克勞修斯

簡單來說就是能量雖然可以轉化,但是無法百分百利用,總是會浪費部分能量。(真正殺死永動機的兇手找到了)

這種能量的退散在微觀層面上說,是孤立系中的各種自發過程總是要使系統的分子運動從某種有序的狀態轉向最無序的平衡態而保持平衡。而熱力學第二定律又保證了這最無序的狀態的穩定性,它再也不能轉化為有序的狀態了。

「熵」這個概念在高中化學有接觸到,可以把它簡單的理解成系統的混亂程度。結合之前提到的不可逆性和有序到無序過程,熱力學第二定律又可以這樣表述:在孤立系統中所進行的自然過程總是沿著熵增大的方向進行。

如果把整個宇宙看成一個孤立系統,那麼宇宙中發生的任何運動都在增大宇宙的熵,定律的闡釋者之一克勞修斯由此提出了這個令人絕望的「熱寂說」推論:宇宙最終將走向一個除了分子熱運動以外沒有任何宏觀運動的死寂狀態!

從此這個物理問題開始超出科學界甚至是哲學界。

發展

爾斯·珀西·斯諾在其《兩種文化與科學革命》一書中寫道:「一位對熱力學一無所知的人文學者和一位對莎士比亞一無所知的科學家同樣糟糕。」

這個帶有毀滅悲劇色彩推論自然引起了社會各界尤其是哲學界的關注,其中就有弗裡德裡希·恩格斯,恩格斯在熱寂說剛提出不久就在一封寫給馬克思的信中指出這個說法是與辯證唯物論背道而馳的。

他聯繫科學史指出「作為冷卻的起點,最初的熾熱狀態沒有辦法用第二定律來解釋,因此就必須設想有上帝的存在。

至於能量的消散,恩格斯這樣論述「放射到太空中去的熱一定有可能通過某種途徑(指明這一途徑,將是以後自然科學的課題)轉變為另一種運動形式,在這種運動形式中,它能夠重新集結和活動起來。」(這樣思考問題的方式好像有點流氓)

恩格斯認為克勞修斯和牛頓一樣,滑向了唯心主義。

(題外話:曾幾何時,中國禁止人們研究和大爆炸有關的宇宙論的。熱寂說違反了共產主義所描述的大同世界)

當然也有人反對恩格斯,其中最著名的有莫諾的責難,他的觀點大概是這種哲學的解釋與科學本身根本不相容。更不能用以指導科學發展。

在非科學屆,認不認同熱寂說其實都可以歸結到意識形態上。

回到科學界,這個問題同樣也困擾著無數的科學家,他們想駁倒這一說法或者作出另外的解釋來「拯救宇宙。」

我們抓一個典型,挑一個最有意思的講講——拯救宇宙的「麥克斯韋妖」。

這個「妖精」其實是麥克斯韋意識到自然界存在一種與熵增加相拮抗的能量機制,他無法清晰的闡明這一機制就只好幽默的把它比作「妖精」。

這個「小妖」能夠像上圖中一樣,在一個密閉容器的分解處控制氣體分子的進出,打開或者閉合開關,可以使A中的快分子進入B,B中的慢分子進入A,這樣就不消耗功使B的溫度提高,A的溫度降低。這就與熱力學第二定律發生了矛盾。

所以麥克斯韋認為熱力學第二定律有一個成立範圍。並不能說完全正確。

還很很多科學家也提出過自己的解釋,這裡就不再一一列舉了。

從19世紀「熱寂說」的提出往後的一百年間,各種爭論此起彼伏,有贊同者也有反對者。但是同樣的,他們尋求這一疑難問題最後卻都沒有結果。

哲學家伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素髮出過這樣悲觀的感嘆,「一切時代的結晶,一切信仰,一切靈感,一切人類天才的光華,都註定要隨太陽系的崩潰而毀滅。人類全部成就的神殿將不可避免地會被埋葬在崩潰宇宙的廢墟之中--所有這一切,幾乎如此之肯定,任何否定它們的哲學都毫無成功的希望。唯有相信這些事實真相,唯有在絕望面前不屈不撓,才能夠安全地築起靈魂的未來寄託。」

終結?

「熱寂說」沒有終結,現在不流行是因為20世紀提出的「大爆炸」理論模型受到物理界的青睞。

但是根據這個宇宙模型,宇宙的結局最終結局有兩種:一是由於宇宙加速膨脹而最後變成一個時空奇點;二是行星的熱核反應消失,達到一種絕對零度的「冷寂」。(都是,沒什麼太大的區別)

但是現在又有多少人在乎宇宙的盡頭呢?當代生活這麼豐富,幾百代以後的事還需要考慮嗎?人類自以為頭腦複雜,其實熵值很低。

再聊點

別人的15歲

最近這個在「聯大」上各種懟大神的瑞典小女孩桑伯格著實讓我看到了現在年輕人的普遍優點:不懂卻很無畏,很傻逼的那種。

拋去可能在背後操控她的政客不談。我們來看看她的追求:致力於我們地球的氣候與環境。我們似乎可以聯繫一下,不管是消極的「熱寂說」還是這個女孩的生態保護理念,細究其實都是以人為中心的「普世」理念。

一百年多年前人類曾經面對星空發出「天要亡我」的一聲聲哀嚎,宇宙要終結了,我們還謀求什麼發展?我們還努力什麼?妄想著人類的命運和宇宙的命運緊貼了在一起,從「普世」角度開始覺得「熱寂」是一個Bad Ending

現在我們自以為我們的經濟發展行動開始讓地球面目瘡痍,作出拯救地球的口號,又在妄想能與地球「共存亡」,把一場自救行動說成救助地球,唉。

地球本來就是要走向「熱寂」,氣候本來就是這樣變化的。

丁仲禮院士所言

我覺得現在不流行那套「熱寂說」的絕望末世感,可以從好一點的方面想,可能是我們沒有19世紀那樣的自大了,我們真的只是地球的過客,所以現在別想那些沒用的了,趕緊刷抖音去吧。(我快要被室友吵死了)

提前祝大家國慶節玩的開心!

文/追風青年

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  • 你知道宇宙的終極狀態「熱寂」嗎?
    of the universe)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流異而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。熱寂理論最早由威廉·湯姆森(英語:William Thomson)於1850年根據自然界中機械能損失的熱力學原理推導出的。
  • 宇宙終極命運?宇宙熱寂學說可以從哪些方面證明?
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  • 熱寂真的是我們宇宙的終極命運嗎?
    熱寂學說,是基於熱力學第二定律的一種宇宙終極命運猜想。熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一,也稱為熵增定律,表述為一個孤立系統的混亂程度只會增加或者保持不變。熱力學第二定律建立後,科學家們發現把熱力學第二定律作用於整個宇宙時,整個宇宙的熵會一直增加,宇宙各處的溫度會逐漸趨向於平衡,最終宇宙的其他有效能量全部轉化為熱能,從而達到熱寂狀態,這是一個相當漫長的過程。
  • 熱寂
    新近學到了一個物理知識——熱寂。其實文章是將此定義為世界與我們星球的存亡。
  • 宇宙的終極命運:熱寂。一切都將逝去,唯有死神永生。
    熱寂(英語:Heat death of the universe)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流異而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。
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