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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?
關於宇宙的終極命運問題,已經被很多科學家思考過了,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呢。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。
熵是物理學中一個概念,但對於很多人來說,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(加),系統越是有序;熵就越小叫做熵減(少)。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,熵是永遠增加的,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(即總混亂度)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,也就是熵會不斷增加;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。如果我們想讓手機順暢,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,最終達到熵的極限,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,全部轉化為了熱能,所有的物質溫度都達到了熱平衡,這種狀態就叫做熱寂。所以這種理論也叫做,宇宙熱寂理論(Heat death of the universe)。
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,地球等其它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,宇宙中所有恆星能量都消耗殆盡,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,或許就是剛形成的中子星和白矮星了。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。
5000億年後,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,整個宇宙中只剩下黑洞這一種天體。
10000億年後,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20萬億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它吸收的物質,所有粒子都將得到大赦,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了,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動,但最終它們也將消失。
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,因為時間是和空間辯證統一的,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了嗎?
我們很想知道,之後還會發生什麼?
這個問題,我們就放到下次更新。