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星空的琴弦 · 第二十三节

《星空的琴弦》第二十三节

在暗能量被发现前,主流观点认为宇宙将经历"大塌缩",最终缩回奇点并循环爆炸。

在暗能量被发现前,主流观点认为宇宙将经历"大塌缩",最终缩回奇点并循环爆炸。但宇宙加速膨胀的发现使这一理论逐渐被否定,当前主流预测宇宙的最终命运有两种可能:热寂说与大撕裂说。

热寂说的关键在于理解热力学第二定律(热二)。热二有多种表述方式,现代最简洁的表述是"任何孤立系统中的熵只能增大不能减小"。"熵"是民国物理学家胡刚复1923年创造的术语,指衡量系统混乱程度的度量值。比如洗牌时熵升高,牛奶倒入咖啡后逐渐混合均匀,熵也在增大。热二定律说明,孤立系统的混乱程度只会增加,背后的原因是概率——碎杯子不会自动复原,沙堡会被风吹散,分子排列越均匀,熵就越大。整个宇宙是最大的孤立系统,最终必然达到处处温度一致的热平衡状态,即"热寂"。

宇宙热寂将经历几个阶段:退化时代(10^14至10^40年),恒星逐渐熄灭,星系解体,若质子半衰期假设成立,到10^40年所有物质衰变为轻子;黑洞时代(10^40至10^100年),黑洞通过霍金辐射缓慢蒸发;黑暗时代(10^100至10^150年),黑洞完全蒸发,只剩光子和轻子,约10^1000年后达到完全热平衡。若质子不衰变,则所有原子最终聚变或衰变为铁原子,约10^1500年后达到熵最大值,同样实现热寂。

作者还引入阿西莫夫的科幻小说《最后的问题》来帮助读者理解热寂说,开始讲述2061年人类管理员汪淼和丁仪与超级人工智能"超脑"的故事。

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