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科學家們發現了一條讓人絕望,且不願意相信的物理定律

2024-08-05科學

科學是探索宇宙的魔杖,物理定律就是我們握在手裏的魔杖。從宇宙大爆炸開始,物理定律就跟我們一起遊戲,甚至可能就是這些定律促成了宇宙的誕生。隨著時間的推移,這些規則一直在引導宇宙向前發展,未來也會繼續這樣。

感謝像伽利略、牛頓、麥克斯韋、克耳文、克勞修斯、愛因斯坦、普朗克、玻爾這些大佬,我們對宇宙的理解越來越深刻。他們的發現不僅讓我們驚嘆, 還實 實在在地幫助了我們。

比如,用牛頓的物理學,我們能準確預測行星怎麽轉,甚至什麽時候會有日食或水星淩日。牛頓的理論還幫我們算出火箭發射的路線呢。

再看愛因斯坦的相對論,它告訴我們重力其實是宇宙空間彎曲的結果,時間也不是均勻流逝的。這種理論幫助我們調整人造衛星的時鐘,讓它們和地面同步。未來的星際旅行可能還會用到相對論裏的時間膨脹和蟲洞理論呢。

量子力學更是開辟了新天地,讓我們看到了物質的基本結構,還有微觀世界的另類運作方式。正是這些量子現象,推動了電子科技的發展,沒有它們就沒有現代科技文明。

但就在我們對物理定律洋洋得意的時候,熵增定律這家夥卻給了我們冷水一盆,它揭示了宇宙的暗淡未來,讓一些科學家都說寧願沒發現它。

熵增定律跟曾經被幻想的永動機有關。永動機是一種理想的機器,不 用外界 能源就能永遠運轉。但無論人們怎麽嘗試,這樣的機器就是造不出來。

能量守恒定律最終證明了永動機的不可能性。在宇宙中,能量可以變換形態,但總量是固定的,不會憑空出現也不會消失。這就是我們所說的熱力學第一定律。

盡管如此,人們還是想從自然界中汲取能量,讓機器持續運轉,這看起來不違反能量守恒定律。但結果呢?熵增定律又一次劃下了終點線。如果機器想要持續吸收熱量並轉化為功,就必須保持與外界的溫差。但機器不能把所有熱量都轉化為功,必然有一部份變成廢熱,使得機器溫度升高,最終溫差消失,機器也就停了。

物理學家用「熵」來描述能用於做功的能量多少。熵越小,有效能量越多。熵也可以表示粒子的有序程度,系統越有序,熵就越低。

在一個封閉系統裏,一旦所有可用的能量被消耗完,雖然能量還在,但它不能繼續被用來做功。因此,熵增是不可逆的,也就是熱力學第二定律。

我們的宇宙就是這樣一個封閉系統,熵會不斷增加。那麽,熵能無限增加嗎?不會 。當宇宙中的有用能量耗盡時,熵達到最大,就不會再增加了,這意味著宇宙將迎來終結——熱寂。屆時,所有星體變為黑洞,黑洞最終蒸發消失,宇宙達到完全的熱平衡,一切生機消逝。

盡管宇宙現在看起來還年輕,離這一天還遠得很,但如果未來量子效應重新主導,宇宙可能會塌縮回到一個奇異點,可能我們的宇宙就是這樣一直在重復著。