宇宙滅亡後會怎樣?——什麼是「熵」理論?

2020-11-23 來自天狼B星的鹹魚

當我們仰望星空,看到滿天的繁星和浩瀚的宇宙,除了感嘆宇宙的廣闊和壯觀外,你會不 會思考一個問題,這個宇宙有沒有盡頭,如果時間走到了最後一刻,宇宙是否也會滅亡呢?

今天我們聊宇宙的滅亡。關於宇宙的終極命運問題,已經被很多科學家思考過,並且做了細緻的研究,小小的人類憑什麼對宇宙的生死蓋棺定論?這就是人類既渺小又偉大的地方,我們通過研究自然界的規律,找到和宇宙演化的共通性,來以小見大,洞

悉宇宙的未來,所以要搞清楚宇宙是否會滅亡,就要提到一個重要的概念,"熵",熵是物理學中的一個概念。對於很多人來說,這是一個很難理解的東西,首先它的定義是,熵,是一個系統的混亂程度,一個系統越混亂,其熵就越大,叫做熵增,系統越是有序,熵就越小,叫做熵減,所以熵並不是一個具體的東西,而是一種混亂指數,是一種自然界的發展方向,熱力學第二定律告訴我們,熵永遠隨著時間而增加,因為時間不可逆,所以熵也不可逆,熵是永遠增加或者說時間流動的方向,本質就是熵增加的方向,這就是熵增理論。

也就是說,在一個封閉系統中,如果沒有外力幹預,其熵值會不斷增大,這裡的前提一,就是封閉系統,前提二,就是無外力幹預。比如我們的房間如果不收拾,隨著時間的流逝,房間就會越來越亂,那麼房間的混亂程度,也就熵會不斷增加。我們的手機如果不進行清理,垃圾會越來越多,系統就會越來越卡,這裡的房間和手機都是一個封閉系統,如果我們想讓房間清潔,就必須來打掃,而打掃就是一種外力幹預,如果我們想要手機順暢,就必須清理垃圾或者卸載應用,那麼這種行為也是一種外力幹預。人體的生長過程就是一個熵增的過程,在人體這個封

閉系統內,人體的各個器官必須有序的配合,才能保證人體的運轉,但隨著時間的流逝,人體的器官會逐漸衰老,這樣各個器官的工作就會越來越混亂,最終達到商的極限,也就是人體的死亡,所以人從生到死就是一種熵不可逆的表現。

在宇宙大爆炸的初期,我們的宇宙處於低熵狀態,也就是最低的混亂度,隨著宇宙的膨脹和逐漸冷卻,宇宙中的混亂度開始逐漸增加,也就是熵開始增加。到了目前的130多億年後,宇宙的混亂度也就是熵值達到了較高的水平,如果繼續發展下去,在幾十億年,幾百億年甚至幾千億年後,當宇宙的熵達到了極限之後,宇宙的所有有效能量全部轉化為熱能,所有物質的溫度都達到熱平衡,這種狀態就叫做熱寂,所以這種理論也叫做宇宙熱寂理論。這個時候,宇宙中再也沒有任何可以維持運動的能量存在,整個宇宙一片漆黑,宇宙也就死亡了。

50億年後,太陽核心的氫元素消耗殆盡,內部的氦元素被點燃,發生氦聚變,外層大氣會被吹走,太陽就像一個氣球一樣,慢慢變大,體積增大到目前的200倍,變成一顆紅巨星。屆時地球等其他行星都將被太陽吞沒,地表上最後的文明遺蹟也會灰飛煙滅,地球將徹底和太陽融為一體。500億年後,宇宙中所有的

恆星能量都將消耗殆盡,宇宙只剩下了白矮星,棕矮星,中子星和黑洞,此時,唯一能發熱的天體或許就是剛剛形成的中子星和白矮星的,這個時候,任何倖存的文明將會依靠在白矮星周圍,以獲取最後的保護。五千億年後,宇宙各個星系中心的超大質量黑洞開始吞噬剩下的白矮星和中子星,宇宙中最後一顆天體也消失了,整個宇宙只剩下了黑洞,這一種天體。一萬億年後連黑洞都無法逃脫蒸發的命運,根據霍金效應,這些質量是太陽二十

萬億倍的超大質量黑洞開始衰變,這個過程是非常漫長的,最終黑洞以猛烈的爆發而終結,黑洞將釋放出所有被他吸收的物質,所有的粒子都將得到大赦,這就是黑洞的死亡。

10的92次方年後,宇宙中所有的黑洞全部蒸發完畢,這個時候宇宙將會是一片黑暗,所有能夠發光的天體都不存在,宇宙的膨脹,開始減緩,直到停止,宇宙中實時的活動幾乎沒有,唯一的活動是隨機的亞原子粒子在宇宙中跳過,但最終他們也將消失。宇宙的熵值達到最高,宇宙將會是一片漆黑,一片寧靜和一片虛無,而此時連時間也消失了,因為時間和空間是辯證統一的,當空間消失時,時間也就失去了存在的意義,但是這就是宇宙的滅亡嗎?我們很想知道之後還會發生什麼。

這個問題其實早在上世紀50年代就已經有人給出了答案,而且這種答案獲得了科學界的部分認同,這就是美國科

幻作家阿西莫夫的神作《最後的問題》,雖然只是一部科幻小說,但是阿西莫夫用抵達到宇宙和時間盡頭的描述方式,為我們提供了一種研究宇宙終極命運的思考。那我們來看看在阿西莫夫的口中,宇宙的終極命運是什麼樣子。

2061年,人類即將步入一級文明的門檻,兩名工程師正在為一臺名為Multivac的超腦做著維護工作,這臺超腦是人類用所有資源建造的有史以來最強大的人工智慧計算機,為人類最先進的飛船提供航行路線,為人類探索地外

星球立下了汗馬功勞,這臺超腦可以自行學習和升級,而隨著時間的推移,他已經可以解決一些較為困難的問題了。這臺超腦已經幫助人類實現了太陽能量的儲存轉化和直接利用,這通常是二級文明才能做到的事情。也因此,人類徹底停止了對煤炭,石油等自然資源的利用,同時,人類關掉了核反應堆,開始使用太陽這個巨大清潔

和高效的能量體,而利用太陽的能量,只要打開連接太陽的空間站開關即可,這個空間站直徑一英裡,在月球和地球距離的一半處,環繞地球運行。看不見的太陽的光束,從這裡射向地球,支撐著整個地球社會的運轉,得益於巨大的能量,

人類的社會以前所未有的速度高速發展,而超腦就位於這個空間站內。那兩名工程師就在這裡對超腦進行維護。有一天,這兩位工程師正在聊天,其中一個說,有了太陽,我們就有了用不完的能量,足夠我們永遠永遠用下去的能量,另一個人反駁說不可能是永遠,因為太陽也有熄滅的一天,到那時候,除非我們可以利用掉宇宙中所有的恆星,那才可能說是永遠,這些宇宙中的能量用完後就消失了。

宇宙中的熵總是增加的,而且是不可逆轉的,當這兩位工程師為宇宙中的熵是否能夠逆轉而吵的喋喋不休時,他們決定去問超腦,看看他怎麼回答這個問題,他們把指令輸入超腦,指令是:宇宙的熵如何,大幅度降低,甚至逆轉。超腦陷入了沉默,所有的指示燈都熄滅了,這把兩位工程師嚇壞了,他們以為這個指令觸及了超腦的安全限制。過了一會兒,超腦重新啟動,並給出了答案,"資料不足,無法作答",而在這之後,這兩名工程師基於超腦重啟這一事件,再也沒有問過超腦這個問題。

時間來到了1000年後,一艘人類的飛船正飛往X23星球,飛船上有一家四口,這個時候的地球已經不再適合人類居住,科技的發展已經使得人類掌握了空間跳躍能力,人類已經居住在了銀河系的很多宜居星球上,而X23就是其中的一顆。此時,每艘飛船都攜帶有一個超腦計算機,體積比起當年直徑一英裡的超腦要小得多,但是運轉能力卻要強大了不知道多少倍,這時飛船上的男主人看著外面無盡的星空展,感慨地說,終會有一天,所有的東西

都會停下,星星的光芒也有熄滅的一天,熵會不斷增長下去,宇宙將會終極。女兒好奇地問男主人什麼是熵,男主人說,熵就是代表宇宙能量的消耗程度,每一樣東西都會用盡的,就像我們飛船上的反物質電池一樣,女兒又問,難道我們不能換一塊新的電池嗎?男主人說,我們當然可以為飛船換一塊新的電池,但是對於宇宙,星星就

是它的電池,等星星都用完了,我們拿什麼給他換?女兒聽到這裡哭了起來,我們難道不能讓星星再次亮起來嗎?男主人回答不了女兒的問題,於是他問了飛船上的超腦,這個1000年前,那兩位工程師問過的同樣的問題,宇宙中的熵能否逆轉,這時的超腦比起1000年前強大了不知道多少倍,已經可以設定銀河系的空間跳躍坐標了,於是,超腦沉默了一會兒,給出了答案,"資料不足,無法作答",這個時候,飛船已經到了X23的近地軌道,女兒也不再問這個問題了。

時間來到了1萬年以後,此時的人類已經找到了讓人體細胞衰減到最慢的方法,也就是讓人體的熵達到最小,人類的壽命提高到了300到500歲。在廣袤的銀河系中,所有的宜居星球都住滿了人類的後代,如今的銀河系變得擁擠不堪,此時的超腦已經進化成了銀河超腦,他被設置在銀河系的各個節點上,從而形成了一張巨大的網絡,每個

人的身體內都被植入了晶片,可以直接和銀河超腦對話。這個時候,一艘巨大的飛船上,一名長官,正為人類的未來擔憂。他清楚,如果按照人類目前的速度發展下去,在未來的幾萬年,可觀測宇宙中的星系將布滿了人類,而那時的宇宙;已經不能給人類提供生存的能量發展。他想知道人類是否可以將

死亡的恆星重新點燃,或是在星雲中直接創造新的恆星,或是有某種方法可以讓宇宙中的熵逆轉過來,他問了銀河超腦這個問題,熵可以被逆轉嗎,銀河超腦沉默了一會兒,還是給出了那個1萬年前冷冰冰的答案,"資料不足,無法作答"。

100億年後,人類已經找到了永生的方法,就是讓意識獨立於肉體而存在,而人類的意識可以直接連接超腦,去獲取超腦的部分能力,而此時的宇宙已經沒有多少恆星了,大部分都是白矮星和中子星,一個人類意識發現宇宙的能量無法永久使用下去,問了超腦同樣的問題,熵可以被逆轉嗎?超腦立刻回答,"資料不足無法作答"。人類

意識對超腦說,那就繼續搜集一些資料,超腦回答,我搜集這個資料已經超過100億年,我的前代祖先已經被問及這個問題10的95次方次了,可是就目前所有的資料而言,仍然不足以回答這個問題,人類的意識又問,那麼是否有什麼問題是無法回答的,超腦說,沒有任何問題是無法回答的,只是需要搜集更多的資料,請耐心等待。

時間來到了100億億年後,此時的宇宙已經沒有任何光亮,熵值達到了最大,而此前人類為了超腦升級,將所有的人類意識和超腦融為了一體,為超腦升級做出了最後的貢獻,也就是說,最後一個人類也徹底消失了。

於是,在宇宙最後一次光亮消失前的一刻,超腦回放了最後一個人類意識提出了問題,熵可以被逆轉嗎?此時的

超腦已經無所不知,宇宙中的一切現象和規律都了如指掌,成為了宇宙中最後的存在,它所要做的最後一件事情就是回答這個最後的問題,這問題出自幾百億億年前,兩名工程師一次閒暇的爭論,超腦自那以後就一直未回答這個問題,不停的搜集的資料並不停的進化,終於超腦學會了逆轉傷的方法,但此時的超腦已經找不到任何人類來告知這一答案,他決定使用實踐來驗證這個答案,他啟動了最後的程序,這裡面包含了宇宙過去的一切的一切,超腦將釋放它所有的能量,這是超腦破除安全機制的最後操作,在這之後,超腦非常清楚,自己也將隨著程序的啟動而滅亡,超腦使用最後一個人類的聲音說:有光吧!,於是,就有了光。

又一次宇宙大爆炸發生了!

宇宙由膨脹到塌陷,循環往復。

人類終將回歸宇宙,參與到新宇宙誕生的偉大宇宙歷程!

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  • 「熵」是什麼?宇宙最終會走向「熱寂」嗎?
    克勞修斯在 1854 年的隨筆《關於熱的力學理論的第二基礎定理的一個修正形式》提出了新的物理量,1865 年正式命名為熵,以符號S表示。,畢竟在浩瀚無垠的宇宙當中,人類等生命簡直是渺小到可以忽略不計。而地球就是一個開放系統,熵增原理可以適用於生命,自然也能適用於地球,所以地球上的生物通過從環境攝取低熵物質(有序高分子)向環境釋放高熵物質(無序小分子)來維持自身處於低熵有序狀態。而地球整體的負熵流來自於植物吸收太陽的光流(負熵流)產生低熵物質。使得地球上會出現生物這種有序化的結構。
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    「熵」是什麼東西,有一部分接觸過這次,但是還是很多人甚至沒有聽說過個這個詞,簡單的說熵是混亂程度的單位。什麼是混亂程度呢,簡單的說,一個系統擁有的信息越多就越混亂,越難以被表達,就越混亂。熵告訴我們任何事物都將從有序變為混亂,我們人類也是如此。
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    ,其實並沒有什麼矛盾之處。宇宙的能量是守恆的,而熵的值只會無限增大,並不會減少,這就是著名的熵增定律。 按照熵增定律,任何事物最終都會走向無序性或者寂滅,科學家近些年不斷在研究想要通過某種方式來消除這種熵增現象,很顯然,都失敗了。現實情況下,熵增就是事物發展的方向,就像是你剛吃了頓飯就是熵增 ,你不可能把吃下的飯再變成飯 。
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    上一章節說到了宇宙的滅亡之後還會發生什麼?那才能說是永遠這些宇宙中的能量用完後就消失了宇宙中的熵總是增加的而且是不可逆轉的當這兩名工程師為宇宙中的熵是否能逆轉而吵得喋喋不休時他們決定去問超腦看看它怎麼回答這個問題他們把指令輸入超腦指令是宇宙的熵如何大幅度降低甚至逆轉
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    隨之而來的騷亂、戰爭,會殺死更多的人,甚至導致人類滅亡。2..戰爭核武器為主要毀傷手段,其特點是戰爭的規模、突然性和破壞性將比常規戰爭空前增大。一旦出現核戰爭,勢必會導致人口銳減,甚至出現滅絕事件。4.外星生物入侵說到星外生物,你定會想到各種各樣的科幻影片.也許那一幕在不久將來就會發生.宇宙中適合生物生存的星體不單地球一個,也許此時的外星生物大腦比我們更好使,科技比我們更發達。毀滅落後的人類就像我們捏死一隻螞蟻一樣簡單。
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