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科学家们发现了一条让人绝望,且不愿意相信的物理定律

2024-08-05科学

科学是探索宇宙的魔杖,物理定律就是我们握在手里的魔杖。从宇宙大爆炸开始,物理定律就跟我们一起游戏,甚至可能就是这些定律促成了宇宙的诞生。随着时间的推移,这些规则一直在引导宇宙向前发展,未来也会继续这样。

感谢像伽利略、牛顿、麦克斯韦、开尔文、克劳修斯、爱因斯坦、普朗克、玻尔这些大佬,我们对宇宙的理解越来越深刻。他们的发现不仅让我们惊叹, 还实 实在在地帮助了我们。

比如,用牛顿的物理学,我们能准确预测行星怎么转,甚至什么时候会有日食或水星凌日。牛顿的理论还帮我们算出火箭发射的路线呢。

再看爱因斯坦的相对论,它告诉我们引力其实是宇宙空间弯曲的结果,时间也不是均匀流逝的。这种理论帮助我们调整人造卫星的时钟,让它们和地面同步。未来的星际旅行可能还会用到相对论里的时间膨胀和虫洞理论呢。

量子力学更是开辟了新天地,让我们看到了物质的基本结构,还有微观世界的另类运作方式。正是这些量子现象,推动了电子科技的发展,没有它们就没有现代科技文明。

但就在我们对物理定律洋洋得意的时候,熵增定律这家伙却给了我们冷水一盆,它揭示了宇宙的暗淡未来,让一些科学家都说宁愿没发现它。

熵增定律跟曾经被幻想的永动机有关。永动机是一种理想的机器,不 用外界 能源就能永远运转。但无论人们怎么尝试,这样的机器就是造不出来。

能量守恒定律最终证明了永动机的不可能性。在宇宙中,能量可以变换形态,但总量是固定的,不会凭空出现也不会消失。这就是我们所说的热力学第一定律。

尽管如此,人们还是想从自然界中汲取能量,让机器持续运转,这看起来不违反能量守恒定律。但结果呢?熵增定律又一次划下了终点线。如果机器想要持续吸收热量并转化为功,就必须保持与外界的温差。但机器不能把所有热量都转化为功,必然有一部分变成废热,使得机器温度升高,最终温差消失,机器也就停了。

物理学家用「熵」来描述能用于做功的能量多少。熵越小,有效能量越多。熵也可以表示粒子的有序程度,系统越有序,熵就越低。

在一个封闭系统里,一旦所有可用的能量被消耗完,虽然能量还在,但它不能继续被用来做功。因此,熵增是不可逆的,也就是热力学第二定律。

我们的宇宙就是这样一个封闭系统,熵会不断增加。那么,熵能无限增加吗?不会 。当宇宙中的有用能量耗尽时,熵达到最大,就不会再增加了,这意味着宇宙将迎来终结——热寂。届时,所有星体变为黑洞,黑洞最终蒸发消失,宇宙达到完全的热平衡,一切生机消逝。

尽管宇宙现在看起来还年轻,离这一天还远得很,但如果未来量子效应重新主导,宇宙可能会坍缩回到一个奇点,可能我们的宇宙就是这样一直在重复着。