69、宇宙是在不斷衰亡嗎?
你知道嗎--現代科學中的100個問題 作者:艾薩克·阿西莫夫 投票推薦 加入書簽 留言反饋
按照“熱力學第二定律”,熵總是在不斷地增大。這就是說,能量密度的差別一直在減小。當所有能量密度的差別都完全取平的時候,就再也無法從能量榨出任何功來,宇宙也不會再有絲毫變化了。
讓我們來考慮一個表。一個表之所以能不斷走下去,是因為它的發條或電池中集中著能量。當發條鬆開或電池發生化學反應時,能量就從密度高的地方流向密度低的地方,由於這種流動的結果,表就會走下去。一旦發條完全鬆開或電池的化學變化完全結束,整個表裏的能量就完全拉平,不再會有能量在流動,因而表也就不再走了。它已經“衰亡”了。與此相似,當宇宙中的所有能量全部拉平時,我們就說宇宙“衰亡”了。
當然,我們可以把表的發條再一次上緊,或者換一個新電池。但為了把表上緊,我們就得使用我們肌肉的力量,從而使我們自己稍稍“衰老”一點。我們也可以買一個新電池,但是,那就得把它製造出來,而為了製造這個電池,人們的工業設備就必定會稍稍“衰老”一些。
我們可以通過吃東西來恢複我們自己肌肉的力量,但是,食物最初是由植物利用太陽的能量產生的。人類的工業設備主要依靠煤和石油工作,而煤和石油也是植物在遠古的年代用太陽能產生出來的。當地球上的各種事物“衰老”時,我們總是可以利用某種東西把它們的“發條”再一次“上緊”。而這類東西通常總要追溯到太陽能的作用,因此,太陽也是在不斷“衰老”。
太陽主要是由氫構成的,氫原子中每一個粒子所含的能量要比氦、氧、鐵等較為複雜的原子多得多。在太陽內部,由於氫不斷轉變成比較複雜的原子,能量密度就逐漸取平。在地球上的核動力發電廠中,由於鈾原子轉變成比較不那麽複雜的原子,也發生同樣的情況。今後我們一旦建成了氫聚變電廠,那麽,從某種意義上說,我們就將再現太陽上所發生的情況。
就我們目前所知道的情況看,太陽上的能量密度最後會完全取平,而太陽本身則將隻含有中等大小的原子。對於宇宙中的所有其他恒星和宇宙中的每一件東西來說,這種說法也同樣成立。
如果熱力學第二定律是正確的,那麽,宇宙中每一個地方的能量密度就都正在不斷取平,從這個意義上來說,宇宙是在不斷衰亡著。假使情況確實是這樣,那麽,當宇宙中所有能量都完全均勻分布時,熵就將達到最大值,那時任何現象都不會再發生了。因為盡管所有能量都還全部存在,但它已不再會有任何流動,也不會成為發生某種現象的動力了。
這是一種令人憂慮的前景(假如第二定律確實在一切條件下都成立的話),但我們現在完全毋需恐慌。這個過程需要許多億億年才會終結,因此,不僅是在我們活著的時候,而且在整個人類存在的時候,甚至在地球還存在的時候,宇宙都會像目前這樣繼續存在下去。
讓我們來考慮一個表。一個表之所以能不斷走下去,是因為它的發條或電池中集中著能量。當發條鬆開或電池發生化學反應時,能量就從密度高的地方流向密度低的地方,由於這種流動的結果,表就會走下去。一旦發條完全鬆開或電池的化學變化完全結束,整個表裏的能量就完全拉平,不再會有能量在流動,因而表也就不再走了。它已經“衰亡”了。與此相似,當宇宙中的所有能量全部拉平時,我們就說宇宙“衰亡”了。
當然,我們可以把表的發條再一次上緊,或者換一個新電池。但為了把表上緊,我們就得使用我們肌肉的力量,從而使我們自己稍稍“衰老”一點。我們也可以買一個新電池,但是,那就得把它製造出來,而為了製造這個電池,人們的工業設備就必定會稍稍“衰老”一些。
我們可以通過吃東西來恢複我們自己肌肉的力量,但是,食物最初是由植物利用太陽的能量產生的。人類的工業設備主要依靠煤和石油工作,而煤和石油也是植物在遠古的年代用太陽能產生出來的。當地球上的各種事物“衰老”時,我們總是可以利用某種東西把它們的“發條”再一次“上緊”。而這類東西通常總要追溯到太陽能的作用,因此,太陽也是在不斷“衰老”。
太陽主要是由氫構成的,氫原子中每一個粒子所含的能量要比氦、氧、鐵等較為複雜的原子多得多。在太陽內部,由於氫不斷轉變成比較複雜的原子,能量密度就逐漸取平。在地球上的核動力發電廠中,由於鈾原子轉變成比較不那麽複雜的原子,也發生同樣的情況。今後我們一旦建成了氫聚變電廠,那麽,從某種意義上說,我們就將再現太陽上所發生的情況。
就我們目前所知道的情況看,太陽上的能量密度最後會完全取平,而太陽本身則將隻含有中等大小的原子。對於宇宙中的所有其他恒星和宇宙中的每一件東西來說,這種說法也同樣成立。
如果熱力學第二定律是正確的,那麽,宇宙中每一個地方的能量密度就都正在不斷取平,從這個意義上來說,宇宙是在不斷衰亡著。假使情況確實是這樣,那麽,當宇宙中所有能量都完全均勻分布時,熵就將達到最大值,那時任何現象都不會再發生了。因為盡管所有能量都還全部存在,但它已不再會有任何流動,也不會成為發生某種現象的動力了。
這是一種令人憂慮的前景(假如第二定律確實在一切條件下都成立的話),但我們現在完全毋需恐慌。這個過程需要許多億億年才會終結,因此,不僅是在我們活著的時候,而且在整個人類存在的時候,甚至在地球還存在的時候,宇宙都會像目前這樣繼續存在下去。