能量是宇宙中一切運轉的基礎。就像人類需要食物和水維持生命一樣,遙遠的恒星需要大量的能量去持續燃燒,但是這種宇宙能量源的供應是有限的嗎?宇宙正在耗盡能量嗎?

實體學基礎原理之一的熱力學第一定律是能量守恒,能量不能被創造或破壞。它隻能從一種能量轉換成另一種能量。舉個例子,當你拿着一個棒球時,你的胳膊就儲存了勢能,然而當你用力扔球,勢能就轉化為了動能使球移動。基于這個規則,所有現存的能量自138億年前的宇宙大爆炸就已經存在了。
即使能量不能被破壞,但是它能劇烈的改變以至于變得毫無用處。這就是熱力學第二定律,孤立系統的熵會随着時間推移而增加。(熵是指在系統中擁有多少無用或不可用的能量。)随着熵的增加,系統中的無序和混亂程度也會增加并且它越來越随機。在今天的問題中,孤立系統是我們的整個宇宙,如果你接受它是一個孤立系統,随着時間流逝它會充滿越來越多的無用能量。
實際上,熵在非孤立系統中的減少并不重要(例如人體内部),因為這種減少總是被系統周圍發生的事情所抵消。但是對于一個孤立系統來說,沒有任何環境可以影響,稀釋,或者逆轉熵。是以,我們當今的生活和呼吸中,一切都存在,我們可以根據一些更突出的理論慢慢的邁向宇宙由100%無用能量組成的狀态-最大熵。不過,還有一個相對較新的現象需要考慮-暗能量。目前為止,暗能量是宇宙中最豐富的物質,但它也是最神秘的。
我們并不真正的知道,占據了宇宙的大約70%部分的暗能量是什麼。其實,它不具有與重子或正常物質相同的屬性。重子或正常物質這些原料基礎是構成地球上每個行星、恒星和生物的物質。它們隻占整個宇宙的5%。暗能量是被認為能夠對抗重力引力,并且是宇宙膨脹之謎的關鍵。二十世紀早期,人們發現宇宙在膨脹時(與這之前的科學家們認為的事實相反),我們最初認為重力将最終會導緻宇宙膨脹的減緩,會将宇宙中的所有物體拉回聚合在一起。但,現在我們知道了,完全沒有發生這個事情。
相反,像天體的紅移現象和對超新星明暗的觀察證明了宇宙中是在加速遠離…并且人們認為暗能量正在象氣球一樣膨脹來填充空間中的空隙。而關鍵所在,我們尚且還不能直接觀察或探測暗能量,對其進行任何真正的研究暗能量,盡管有理論将其與熵能(或力)聯系起來,如同研究熵的“無用”剩餘理論。
不管是不是暗能量,如果宇宙中所有的能量都被變成被有效“用盡”的一個程度,實際上會發生什麼?熱的大死亡理論是關于宇宙将如何終結的最流行的理論之一。也被稱為“大當機”理論這會發生在宇宙最終達到熱力平衡時,也就是當沒什麼可以轉化為熵的時候。這樣狀态下,宇宙将會耗盡它的熱能,這就是說,那時每一顆恒星都會死亡,每一顆行星都會停止轉動。
這非萬物終結唯一理論,雖然是符合宇宙膨脹的模型,恒星是變得越來越暗,不僅因為它們運轉得距離我們越來越遠,而且因為宇宙耗盡了燃燒所需要的燃料。2010年,在澳洲國立大學的一項關注研究黑洞的研究上,他們提出了熵比我們之前研究的要高30倍。還是我們預測的那些無用的能量的30倍之多!這樣的研究發現,在說明宇宙已經經曆過了他早前是強盛期,也就是說,宇宙實際上正在耗盡能量。因為從數字上表明是隻會變得更糟。
但好的方面是,宇宙的壽命之長,遠比我們所能了解的要大得多。例如,據估計,宇宙熱寂的過程大約需要10的100次方年,或者可以說1古戈爾年;這代表着1的後面有100個零!由于太陽将在短短幾十億年内膨脹、爆炸,并使地球覆滅,當熱寂最終來臨時,人類已不太可能幸存。從另一角度看,也說明我們能存在于此刻的宇宙中,是極其幸運的事。
衆所周知,我們生活的地方與太陽保持着完美的、恰好足夠賦予我們生命的距離(即使它最終也會使我們毀滅),但一些科學家認為,現在我們也處于“暫時的金發姑娘地帶”(注:指對于星球而言的宜居地帶)。我們擁有生命所需的所有重要元素,而且不必擔心哪日會成為熱寂的受害者。本質上看,目前銀河系的化學演化都在平穩進行中;且宇宙正處于其巨大能量轉換過程的正确階段,為地球生命的産生和延續創造了充足條件。這并不是說,星球的運作軌迹是專為我們而設計的,其更多的是基于實體基本法則。
有趣的是,熵不僅僅是一個實體問題。人們也在探究它與人類心理學和生物學之間的聯系——有些科學家甚至提出,熵推動了人類的意識……在某種程度上,一個人的意識是自己本身的熵産物;這是一種用以推測“大腦如何工作”的,潛在且不可知的方法。有些人也認為,熵是生命進化中不可或缺的一部分;随着生命的發展,它正在朝着無法規避的結局不斷努力前行,最終達到平衡。
20世紀70年代,科學家伊利亞·普裡高津通過這一标新立異的科學領域的研究而榮獲諾貝爾獎,但這是另一個視訊中提到的。現如今,除非熱力學定律被證明是錯的,否則,我們已經可以确定,宇宙中有用的能量的供應是有限的。這并不意味着“耗盡”能量,而是将它轉化為其他物品,這整個過程則像是在一條單行線上前進,最終通向平衡和熱寂。但是,如果這一切真會發生,那麼決不會存在第二個10的100次方年。當然那也是很久很久很久以後的事了。
相關知識:
宇宙(拉丁語:universus)是指所有的空間、時間[a]及其内涵,[10]包括行星、恒星、星系和所有其他形式的物質和能量。大爆炸理論是被普遍接受的、對宇宙演化的宇宙學描述。根據這一理論,空間和時間在13.787±0.02010億年前一同出現,[11]自此,宇宙就在持續膨脹。雖然整個宇宙的空間大小仍是未知數,[3]但根據宇宙膨脹方程推算,它的直徑至少為23萬億光年。[12]而且,人類可以測量可觀測宇宙的大小,目前估計其直徑約為930億光年。
Fy:sunnie,北京蘭 生活,人活着就是為了大英賽