宇宙的最终命运是什么?

宇宙是永恒的吗?
一直以来,人类都以为宇宙是永恒的,说白了就是宇宙是一直存在的,宇宙不会随着时间的流逝而发生大的变化。按照这个理论,宇宙就应该是无始无终的,也就没有最终命运

本文最后更新时间:  2023-04-20 22:19:00

宇宙的最终命运是什么?

★宇宙的最终命运是天体物理学目前最前沿的科学,它是了解宇宙过去与未来的科学,同时也是了解人类命运的科学,它不仅让我们知道地球的寿命,更让我们知道今天天气状况,最重要的是一门学科的出现会让人类生活不再乏味。

许多科学理论都对宇宙的命运做出预测,包括时间的有限及无限的争论,宇宙未来的终极命运等。自从大爆炸理论被科学家们广泛接受之后,宇宙终极命运也就成为一个被热论探讨的话题。

宇宙的最终命运科学界一直众说纷纭,部分科学家认为宇宙的最终命运是在“坍缩”中重生;有科学家认为:宇宙没有结果,它是终极循环的;有科学家认为:宇宙的最终命运将会回到最初的奇点。不过多数科学家认为,在这个浩瀚无垠的宇宙中,没有任何一种物质是永恒不变的,哪怕是巨大的天体,这就意味宇宙万物最终都会走向寂灭或者死亡。

那么死亡到底是什么?它是否就代表着永远的消失呢?就狭义来说死亡是指丧失生命停止生存。从广义上来说,死亡是生命或者物件系统中,所有本来维持存活的属性丧失,是不可逆转的。死亡并不只适用于生命,它同样适用于其他物质,包括整个宇宙。

那么宇宙的终点到底是什么呢?答案就是熵。熵是什么?这个概念异常强大,也不是那么容易理解。

熵增定律是卡劳修斯提出的热力学定律,其中克劳修斯引入了熵的概念来描述热力学这种不可逆的过程,即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的。就像太阳发热、发光一样靠氢经过热核聚变一样,最终它的内部氢元素再过50亿年后没了,太阳会变为红巨星,若干年后会突然坍缩成一颗白矮星,最终消失在宇宙的世界里。

19世纪初期物理学家们发现世界运转的动力是能量,而宇宙中的万事万物的变化都离不开能量,而且能量在不停地转换,能量守恒是是宇宙万事万物生生不息的一个根本,并成功发现了能量守恒定律,即能量的总和是不变的,但有一个问题却始终得不到解决,那就是能量永远无法100%的转换,他们尝试了千万种方法,根本不可能将能量损耗降低为零,而这些损耗的能量就是熵。

之后,这个概念被总结为热力学,第二定律,即能量转换会产生熵,也就是说世界上绝不可能存在的东西,宇宙也不可能是永恒的。即便是科学家推论说宇宙仍然还在不断膨胀,这一点可以用弗里德曼方程证明。弗里德曼方程 是广义相对论框架下描述空间上均一且各向同性的膨胀宇宙模型的一组方程。根据这一方程,物质的引力会导致宇宙的膨胀减速。宇宙的最终命运决定于物质的多少:如果物质密度超过临界密度,宇宙的膨胀最后会停止,并逆转为收缩,最终形成与大爆炸相对的一个“大挤压”,或者宇宙会变得与现在天文学家观测的不一样,终结于一场大撕裂。

★前面提到的克劳修斯的熵增中的熵,理解为宇宙中的所有物质和能量开始互相转换,开始汇聚形成这个浩渺无垠的宇宙。而在宇宙形成和演化过程中,这些所有的能量也会遵循一个即有的规律,那就是热在自然状态中永远都只能够由热端处往冷端传递,而热量是不能自发地从低温物体转移到高温物体,这个过程被科学家们定义为熵增。

而宇宙的熵增会随着时间的流逝而增加,由一个有序的过程走向无序过程。当宇宙的熵增达到最大值时,宇宙中的其他有效能量已经全部转化为热能,所有物质达到热平衡,宇宙中再也没有能量能够维持宇宙的运行,宇宙变成了无序的混沌状态。

熵也可以比喻为混乱度,热力学第二定律指出:所有的事物最终都会趋于熵值最大化。这意味在不施加外力的情况下,事物永远会向着更混乱的状态发展,想要维持美好的状态是需要能量的。如果没有能量的介入,事物就会结束,就像生命一样,我们的食物供给就是对抗熵值的能量。

我们能做的也仅仅是减缓熵值的速度,同样道理,人类的文明亦是如此,就如同宇宙其他事物一样,最终只会变得越来越无序和混乱,熵永远无法消除,我们只能为了让局部变得有秩序,而把混乱转移到其他领域,从科学家发现熵的那一刻起,也就预示着生命无法达到永生,所有事物都会趋于混乱。从138亿年前宇宙大爆炸那一刻起,宇宙就在向着混乱发展,小到生命大到星球,按照熵增定律,宇宙在未来的某一时刻也将走向死亡。

知足常乐于2021.11.8日晚于上海

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