宇宙灭亡后会怎样?——什么是“熵”理论?

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当我们仰望星空,看到满天的繁星和浩瀚的宇宙,除了感叹宇宙的广阔和壮观外,你会不 会思考一个问题,这个宇宙有没有尽头,如果时间走到了最后一刻,宇宙是否也会灭亡呢?

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今天我们聊宇宙的灭亡。关于宇宙的终极命运问题,已经被很多科学家思考过,并且做了细致的研究,小小的人类凭什么对宇宙的生死盖棺定论?这就是人类既渺小又伟大的地方,我们通过研究自然界的规律,找到和宇宙演化的共通性,来以小见大,洞悉宇宙的未来,所以要搞清楚宇宙是否会灭亡,就要提到一个重要的概念,”熵”,熵是物理学中的一个概念。对于很多人来说,这是一个很难理解的东西,

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首先它的定义是,熵,是一个系统的混乱程度,一个系统越混乱,其熵就越大,叫做熵增,系统越是有序,熵就越小,叫做熵减,所以熵并不是一个具体的东西,而是一种混乱指数,是一种自然界的发展方向,热力学第二定律告诉我们,熵永远随着时间而增加,因为时间不可逆,所以熵也不可逆,熵是永远增加或者说时间流动的方向,本质就是熵增加的方向,这就是熵增理论。

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也就是说,在一个封闭系统中,如果没有外力干预,其熵值会不断增大,这里的前提一,就是封闭系统,前提二,就是无外力干预。比如我们的房间如果不收拾,随着时间的流逝,房间就会越来越乱,那么房间的混乱程度,也就熵会不断增加。我们的手机如果不进行清理,垃圾会越来越多,系统就会越来越卡,这里的房间和手机都是一个封闭系统,如果我们想让房间清洁,就必须来打扫,而打扫就是一种外力干预,如果我们想要手机顺畅,就必须清理垃圾或者卸载应用,那么这种行为也是一种外力干预。人体的生长过程就是一个熵增的过程,在人体这个封闭系统内,人体的各个器官必须有序的配合,才能保证人体的运转,但随着时间的流逝,人体的器官会逐渐衰老,这样各个器官的工作就会越来越混乱,最终达到商的极限,也就是人体的死亡,所以人从生到死就是一种熵不可逆的表现。

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在宇宙大爆炸的初期,我们的宇宙处于低熵状态,也就是最低的混乱度,随着宇宙的膨胀和逐渐冷却,宇宙中的混乱度开始逐渐增加,也就是熵开始增加。到了目前的130多亿年后,宇宙的混乱度也就是熵值达到了较高的水平,如果继续发展下去,在几十亿年,几百亿年甚至几千亿年后,当宇宙的熵达到了极限之后,宇宙的所有有效能量全部转化为热能,所有物质的温度都达到热平衡,这种状态就叫做热寂,所以这种理论也叫做宇宙热寂理论。这个时候,宇宙中再也没有任何可以维持运动的能量存在,整个宇宙一片漆黑,宇宙也就死亡了。

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50亿年后,太阳核心的氢元素消耗殆尽,内部的氦元素被点燃,发生氦聚变,外层大气会被吹走,太阳就像一个气球一样,慢慢变大,体积增大到目前的200倍,变成一颗红巨星。届时地球等其他行星都将被太阳吞没,地表上最后的文明遗迹也会灰飞烟灭,地球将彻底和太阳融为一体。500亿年后,宇宙中所有的恒星能量都将消耗殆尽,宇宙只剩下了白矮星,棕矮星,中子星和黑洞,此时,唯一能发热的天体或许就是刚刚形成的中子星和白矮星的,这个时候,任何幸存的文明将会依靠在白矮星周围,以获取最后的保护。五千亿年后,宇宙各个星系中心的超大质量黑洞开始吞噬剩下的白矮星和中子星,宇宙中最后一颗天体也消失了,整个宇宙只剩下了黑洞,这一种天体。一万亿年后连黑洞都无法逃脱蒸发的命运,根据霍金效应,这些质量是太阳二十万亿倍的超大质量黑洞开始衰变,这个过程是非常漫长的,最终黑洞以猛烈的爆发而终结,黑洞将释放出所有被他吸收的物质,所有的粒子都将得到大赦,这就是黑洞的死亡。

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10的92次方年后,宇宙中所有的黑洞全部蒸发完毕,这个时候宇宙将会是一片黑暗,所有能够发光的天体都不存在,宇宙的膨胀,开始减缓,直到停止,宇宙中实时的活动几乎没有,唯一的活动是随机的亚原子粒子在宇宙中跳过,但最终他们也将消失。宇宙的熵值达到最高,宇宙将会是一片漆黑,一片宁静和一片虚无,而此时连时间也消失了,因为时间和空间是辩证统一的,当空间消失时,时间也就失去了存在的意义,但是这就是宇宙的灭亡吗?我们很想知道之后还会发生什么。

这个问题其实早在上世纪50年代就已经有人给出了答案,而且这种答案获得了科学界的部分认同,这就是美国科幻作家阿西莫夫的神作《最后的问题》,虽然只是一部科幻小说,但是阿西莫夫用抵达到宇

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宙和时间尽头的描述方式,为我们提供了一种研究宇宙终极命运的思考。那我们来看看在阿西莫夫的口中,宇宙的终极命运是什么样子。

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2061年,人类即将步入一级文明的门槛,两名工程师正在为一台名为Multivac的超脑做着维护工作,这台超脑是人类用所有资源建造的有史以来最强大的人工智能计算机,为人类最先进的飞船提供航行路

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线,为人类探索地外星球立下了汗马功劳,这台超脑可以自行学习和升级,而随着时间的推移,他已经可以解决一些较为困难的问题了。这台超脑已经帮助人类实现了太阳能量的储存转化和直接利用,这通常是二级文明才能做到的事情。也因此,人类彻底停止了对煤炭,石油等自然资源的利用,同时,人类

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关掉了核反应堆,开始使用太阳这个巨大清洁和高效的能量体,而利用太阳的能量,只要打开连接太阳的空间站开关即可,这个空间站直径一英里,在月球和地球距离的一半处,环绕地球运行。看不见的太阳的光束,从这里射向地球,支撑着整个地球社会的运转,得益于巨大的能量,人类的社会以前所未有

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的速度高速发展,而超脑就位于这个空间站内。那两名工程师就在这里对超脑进行维护。有一天,这两位工程师正在聊天,其中一个说,有了太阳,我们就有了用不完的能量,足够我们永远永远用下去的能量,另一个人反驳说不可能是永远,因为太阳也有熄灭的一天,到那时候,除非我们可以利用掉宇宙中所有的恒星,那才可能说是永远,这些宇宙中的能量用完后就消失了。

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宇宙中的熵总是增加的,而且是不可逆转的,当这两位工程师为宇宙中的熵是否能够逆转而吵的喋喋不休时,他们决定去问超脑,看看他怎么回答这个问题,他们把指令输入超脑,指令是:宇宙的熵如何,大幅度降低,甚至逆转。超脑陷入了沉默,所有的指示灯都熄灭了,这把两位工程师吓坏了,他们以为这个指令触及了超脑的安全限制。过了一会儿,超脑重新启动,并给出了答案,”资料不足,无法作答”,而在这之后,这两名工程师基于超脑重启这一事件,再也没有问过超脑这个问题。

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时间来到了1000年后,一艘人类的飞船正飞往X23星球,飞船上有一家四口,这个时候的地球已经不再适合人类居住,科技的发展已经使得人类掌握了空间跳跃能力,人类已经居住在了银河系的很多宜居星球上,而X23就是其中的一颗。此时,每艘飞船都携带有一个超脑计算机,体积比起当年直径一英里的超脑要小得多,但是运转能力却要强大了不知道多少倍,这时飞船上的男主人看着外面无尽的星空

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展,感慨地说,终会有一天,所有的东西都会停下,星星的光芒也有熄灭的一天,熵会不断增长下去,宇宙将会终极。女儿好奇地问男主人什么是熵,男主人说,熵就是代表宇宙能量的消耗程度,每一样东西都会用尽的,就像我们飞船上的反物质电池一样,女儿又问,难道我们不能换一块新的电池吗?男主人说,我们当然可以为飞船换一块新的电池,但是对于宇宙,星星就是它的电池,等星星都用完了,我

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们拿什么给他换?女儿听到这里哭了起来,我们难道不能让星星再次亮起来吗?男主人回答不了女儿的问题,于是他问了飞船上的超脑,这个1000年前,那两位工程师问过的同样的问题,宇宙中的熵能否逆转,这时的超脑比起1000年前强大了不知道多少倍,已经可以设定银河系的空间跳跃坐标了,于是,超脑沉默了一会儿,给出了答案,”资料不足,无法作答”,这个时候,飞船已经到了X23的近地轨道,女儿也不再问这个问题了。

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时间来到了1万年以后,此时的人类已经找到了让人体细胞衰减到最慢的方法,也就是让人体的熵达到最小,人类的寿命提高到了300到500岁。在广袤的银河系中,所有的宜居星球都住满了人类的后代,如今的银河系变得拥挤不堪,此时的超脑已经进化成了银河超脑,他被设置在银河系的各个节点上,从而形成了一张巨大的网络,每个人的身体内都被植入了芯片,可以直接和银河超脑对话。这个时候,一

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艘巨大的飞船上,一名长官,正为人类的未来担忧。他清楚,如果按照人类目前的速度发展下去,在未来的几万年,可观测宇宙中的星系将布满了人类,而那时的宇宙;已经不能给人类提供生存的能量来发

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展。他想知道人类是否可以将死亡的恒星重新点燃,或是在星云中直接创造新的恒星,或是有某种方法可以让宇宙中的熵逆转过来,他问了银河超脑这个问题,熵可以被逆转吗,银河超脑沉默了一会儿,还是给出了那个1万年前冷冰冰的答案,”资料不足,无法作答”。

100亿年后,人类已经找到了永生的方法,就是让意识独立于肉体而存在,而人类的意识可以直接连接超脑,去获取超脑的部分能力,而此时的宇宙已经没有多少恒星了,大部分都是白矮星和中子星,一个人类意识发现宇宙的能量无法永久使用下去,问了超脑同样的问题,熵可以被逆转吗?超脑立刻回答,”资料不足无法作答”。人类意识对超脑说,那就继续搜集一些资料,超脑回答,我搜集这个资料已

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经超过100亿年,我的前代祖先已经被问及这个问题10的95次方次了,可是就目前所有的资料而言,仍然不足以回答这个问题,人类的意识又问,那么是否有什么问题是无法回答的,超脑说,没有任何问题是无法回答的,只是需要搜集更多的资料,请耐心等待。

时间来到了100亿亿年后,此时的宇宙已经没有任何光亮,熵值达到了最大,而此前人类为了超脑升级,将所有的人类意识和超脑融为了一体,为超脑升级做出了最后的贡献,也就是说,最后一个人类也彻底消失了。

于是,在宇宙最后一次光亮消失前的一刻,超脑回放了最后一个人类意识提出了问题,熵可以被逆转吗?此时的超脑已经无所不知,宇宙中的一切现象和规律都了如指掌,成为了宇宙中最后的存在,它所

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要做的最后一件事情就是回答这个最后的问题,这问题出自几百亿亿年前,两名工程师一次闲暇的争论,超脑自那以后就一直未回答这个问题,不停的搜集的资料并不停的进化,终于超脑学会了逆转伤的方法,但此时的超脑已经找不到任何人类来告知这一答案,他决定使用实践来验证这个答案,他启动了最后的程序,这里面包含了宇宙过去的一切的一切,超脑将释放它所有的能量,这是超脑破除安全机制的最后操作,在这之后,超脑非常清楚,自己也将随着程序的启动而灭亡,超脑使用最后一个人类的声音说:有光吧!于是,就有了光。

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又一次宇宙大爆炸发生了!

宇宙由膨胀到塌陷,循环往复。

人类终将回归宇宙,参与到新宇宙诞生的伟大宇宙历程!

未经本人”来自天狼B星的咸鱼”授权,禁止转载。

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