對(duì)一個(gè)永遠(yuǎn)在膨脹、沒有終末態(tài)的宇宙,熱力學(xué)定律依然正確,這,毋庸置疑。
然而主宰一切的熱力學(xué)第定律,卻仿佛殺手,在無限長(zhǎng)的路徑上追擊目標(biāo),永遠(yuǎn)跟在宇宙的身后,永遠(yuǎn)也無法得手。
膨脹,如何讓宇宙避免熱寂的宿命,一經(jīng)點(diǎn)撥,方然很快就思路貫通。
即便孤立系統(tǒng),如果允許系統(tǒng)占據(jù)的空間發(fā)生變化,譬如說,氣缸容積變大一倍,那么,即便原本缸內(nèi)的氣體已達(dá)到參數(shù)的絕對(duì)均勻分布、處于熵最大的態(tài)勢(shì),也可以藉由向新增空間的擴(kuò)散,來進(jìn)一步提升熵值。
熵值有提升的空間,在熱力學(xué),也就意味著有做功的可能
進(jìn)而,就有被智慧生物所利用,借以維持新陳代謝之類精妙活動(dòng)的可能性。
宇宙的膨脹,一種建立在科學(xué)觀測(cè)上的假說,居然有這樣的效力,面對(duì)熱寂,堅(jiān)若磐石的統(tǒng)計(jì)物理成果,時(shí)空持續(xù)膨脹的宇宙雖然無法徹底擺脫熱寂的陰影,卻始終可以快出一步,這種圖景,讓方然感到久違的放松。
面對(duì)無限膨脹的宇宙,曾被認(rèn)為面目猙獰的熱力學(xué)第二定律,原來……
也有它無法終結(jié)掉的存在,是這樣嗎。
坐在椅子上,腦海中冥想著那遙遠(yuǎn)到不可思議的未來,意識(shí)到那想象中的“嘆息之墻”也許并不存在,一開始,方然幾乎要表露出罕有的欣喜,理智卻在提醒他,尋常人絕不可能因?yàn)檫@種事而高興,這樣泄露情緒,正該是身為永生的追尋者所竭力避免的,才勉強(qiáng)控制住表情。
不過,和默默體驗(yàn)心情的年輕人不一樣,被話題引起了興趣,理查德費(fèi)曼還在滔滔不絕,言談間,又讓方然有了新的憂慮:
“正因如此,熱寂這種假說,如今并沒多少人會(huì)當(dāng)真。
即便按相關(guān)理論的預(yù)測(cè),根據(jù)不同的初始條件,關(guān)于宇宙何時(shí)會(huì)徹底進(jìn)入熱平衡態(tài),分歧也很大,預(yù)期從10^10年到10^1600年不等
就我個(gè)人而言,一種理論如果會(huì)導(dǎo)致如此懸殊的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),本身就說明這理論不太靠譜,呵呵。
不過,即便我們否決了熱寂理論,宇宙的長(zhǎng)遠(yuǎn)景象,恐怕……”
“恐怕什么?”
面對(duì)眼神略顯恐慌的方然,費(fèi)曼教授的話,很突兀:
“你看,現(xiàn)在已經(jīng)五點(diǎn)半了
如果不想忍受餐廳的伙食,我們就叫一些外賣來吃,記在我的賬上,怎么樣。”
……
“坦率的講,方,你的名字是方然,對(duì)吧
如今像你這樣關(guān)心宇宙命運(yùn)的人,即便在大學(xué)里,也真是越來越不常見嘍。”
傍晚時(shí)分,理查德費(fèi)曼請(qǐng)了方然一頓挺豐盛的大餐,既是感謝他常來幫忙,同時(shí),也有些志趣相投的意思。
教授話里的一絲落寞,不難聽出來,方然則訕訕的勸慰著:
“可是,至少在伯克利的物理系,愿意探究宇宙奧秘的學(xué)生,還是很多啊。”
“哦,是這樣。
搞物理的人,什么時(shí)候都不會(huì)少,要說這里面大部分人都是出于對(duì)物理的熱愛、至少是興趣,這一點(diǎn)我并不反對(duì)。
只不過,以實(shí)用主義的動(dòng)機(jī)來學(xué)習(xí)自然科學(xué),或者,以造福人類的志向來學(xué)習(xí),總之大概是這些吧,難免令人失望十個(gè)物理系的學(xué)生,得有**個(gè)都是持類似的動(dòng)機(jī),他們鉆研物理,無非是想憑借這么一種手段,去改變?nèi)祟愂澜纾瑑H此而已。
這樣做,當(dāng)然不能說沒意義
但純粹受求知欲的驅(qū)使,想要知道浩瀚宇宙的過去和未來,持這種動(dòng)機(jī)的人,就少得多嘍!
話說回來,關(guān)于宇宙的宿命,”
一提到這方面,方然就不自覺的豎起耳朵,
“之前我們談到熱寂,然后呢,即便這理論有些片面,甚至完全錯(cuò)誤,宇宙的終末態(tài),也還是無法脫出熱力學(xué)第二定律的框架。
目前來看,宇宙一直在膨脹,不妨假設(shè)這膨脹會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去,那么,宇宙的確永遠(yuǎn)不會(huì)進(jìn)入熱平衡態(tài),理論上講,永遠(yuǎn)具備熵增過程發(fā)生的基礎(chǔ)然而再考慮到另一個(gè)方面,宇宙中物質(zhì)的總量,幾乎恒定,那么隨著空間的膨脹,宇宙中物質(zhì)的密度也會(huì)越來越低,越來越接近于零。
這樣一來,對(duì)任何熵增過程而言,發(fā)生的難度,也會(huì)變得越來越高。”
一席話,仿佛在自言自語,理查德費(fèi)曼的語調(diào)不緊不慢,方然聽得卻有些困惑,皺眉思考片刻,他才明白了教授話中含義,喉嚨便有些發(fā)緊。
恐懼再度襲來,他知道,這是因?yàn)樽约核伎紗栴}的立場(chǎng),和教授不一樣。
宇宙膨脹,物質(zhì)的分布隨之越來越稀薄,這意味著什么呢
站在永不下車的立場(chǎng),要永生,就得有持續(xù)到永遠(yuǎn)的熵增過程,來維持生命的低熵態(tài),然而,宇宙的物質(zhì)分布越稀薄,從“物質(zhì)擴(kuò)散”這一過程中獲得能量、降低自身熵值的企圖,就越困難。
要理解這情形,單憑想象即可,并不需要高深的宏觀物理理論。
且看人類現(xiàn)有的低熵源,或曰,能量的來源,就有這樣的規(guī)律,能量密度越高的能源,利用價(jià)值越高,從核能,到化石燃料,這些高密度的能源被人類廣泛利用,而像太陽(yáng)能,潮汐能這些密度較低的能源,不論科學(xué)家怎樣努力嘗試,也始終無法以相對(duì)低廉的成本來大規(guī)模利用。
能源,本身的性質(zhì)都一樣,太陽(yáng)能并不比化石能源更低級(jí)。
最新的太陽(yáng)能電池,轉(zhuǎn)化率已勝過了內(nèi)燃機(jī)。
然而太陽(yáng)能的密度太低,需要富集的手段,和衍生而來的能量?jī)?chǔ)存手段,就是化石能源體系不需要特別考慮的,這就帶來了工程上的麻煩。
實(shí)踐中,太陽(yáng)能的利用要比化石能源難得多,成本也高得多。
以此類推,從宇宙的視角來觀察,物質(zhì)密度的無限攤薄,必然導(dǎo)致任何潛在能源的密度無限稀釋,對(duì)文明來講,隨著時(shí)間的流逝,從越來越稀薄的宇宙空間中獲得能量,降低自身熵值,即便理論上永遠(yuǎn)都可以做,實(shí)踐上,卻遲早會(huì)變得完全不可行。
究竟是什么樣的困難呢,設(shè)想一下,倘若隨著時(shí)間流逝,石油的能量密度降低到萬分之一,甚至億分之一,內(nèi)燃機(jī)將會(huì)怎樣:
在那種條件下,內(nèi)燃機(jī),根本就沒辦法存在了。
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