對一個永遠在膨脹、沒有終末態的宇宙,熱力學定律依然正確,這,毋庸置疑。
然而主宰一切的熱力學第定律,卻彷彿殺手,在無限長的路徑上追擊目標,永遠跟在宇宙的身後,永遠也無法得手。
膨脹,如何讓宇宙避免熱寂的宿命,一經點撥,方然很快就思路貫通。
即便孤立系統,如果允許系統佔據的空間發生變化,譬如說,氣缸容積變大一倍,那麼,即便原本缸內的氣體已達到參數的絕對均勻分佈、處於熵最大的態勢,也可以藉由向新增空間的擴散,來進一步提升熵值。
熵值有提升的空間,在熱力學,也就意味着有做功的可能;
進而,就有被智慧生物所利用,藉以維持新陳代謝之類精妙活動的可能性。
宇宙的膨脹,一種建立在科學觀測上的假說,居然有這樣的效力,面對熱寂,堅若磐石的統計物理成果,時空持續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鬆。
面對無限膨脹的宇宙,曾被認爲面目猙獰的熱力學第二定律,原來……
也有它無法終結掉的存在,是這樣嗎。
坐在椅子上,腦海中冥想着那遙遠到不可思議的未來,意識到那想象中的“嘆息之牆”也許並不存在,一開始,方然幾乎要表露出罕有的欣喜,理智卻在提醒他,尋常人絕不可能因爲這種事而高興,這樣泄露情緒,正該是身爲永生的追尋者所竭力避免的,才勉強控制住表情。
不過,和默默體驗心情的年輕人不一樣,被話題引起了興趣,理查德*費曼還在滔滔不絕,言談間,又讓方然有了新的憂慮:
“正因如此,‘熱寂’這種假說,如今並沒多少人會當真。
即便按相關理論的預測,根據不同的初始條件,關於宇宙何時會徹底進入熱平衡態,分歧也很大,預期從10^10年到10^1600年不等;
就我個人而言,一種理論如果會導致如此懸殊的預測數據,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,宇宙的長遠景象,恐怕……”
“恐怕什麼?”
面對眼神略顯恐慌的方然,費曼教授的話,很突兀:
“你看,現在已經五點半了;
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,怎麼樣。”
……
“坦率的講,方,——你的名字是方然,對吧;
如今像你這樣關心宇宙命運的人,即便在大學裡,也真是越來越不常見嘍。”
傍晚時分,理查德*費曼請了方然一頓挺豐盛的大餐,既是感謝他常來幫忙,同時,也有些志趣相投的意思。
教授話裡的一絲落寞,不難聽出來,方然則訕訕的勸慰着:
“可是,至少在伯克利的物理系,願意探究宇宙奧秘的學生,還是很多啊。”
“哦,是這樣。
搞物理的人,什麼時候都不會少,要說這裡面大部分人都是出於對物理的熱愛、至少是興趣,這一點我並不反對。
只不過,以實用主義的動機來學習自然科學,或者,以造福人類的志向來學習,總之大概是這些吧,難免令人失望;十個物理系的學生,得有八九個都是持類似的動機,他們鑽研物理,無非是想憑藉這麼一種手段,去改變人類世界,僅此而已。
這樣做,當然不能說沒意義;
但純粹受求知慾的驅使,想要知道浩瀚宇宙的過去和未來,持這種動機的人,就少得多嘍!
話說回來,關於宇宙的宿命,”
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’,然後呢,即便這理論有些片面,甚至完全錯誤,宇宙的終末態,也還是無法脫出熱力學第二定律的框架。
目前來看,宇宙一直在膨脹,不妨假設這膨脹會永遠持續下去,那麼,宇宙的確永遠不會進入熱平衡態,理論上講,永遠具備熵增過程發生的基礎;然而再考慮到另一個方面,宇宙中物質的總量,幾乎恆定,那麼隨着空間的膨脹,宇宙中物質的密度也會越來越低,越來越接近於零。
這樣一來,對任何熵增過程而言,發生的難度,也會變得越來越高。”
一席話,彷彿在自言自語,理查德*費曼的語調不緊不慢,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,喉嚨便有些發緊。
恐懼再度襲來,他知道,這是因爲自己思考問題的立場,和教授不一樣。
宇宙膨脹,物質的分佈隨之越來越稀薄,這意味着什麼呢;
站在永不下車的立場,要永生,就得有持續到永遠的熵增過程,來維持生命的低熵態,然而,宇宙的物質分佈越稀薄,從“物質擴散”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,並不需要高深的宏觀物理理論。
且看人類現有的低熵源,或曰,能量的來源,就有這樣的規律,能量密度越高的能源,利用價值越高,從核能,到化石燃料,這些高密度的能源被人類廣泛利用,而像太陽能,潮汐能這些密度較低的能源,不論科學家怎樣努力嘗試,也始終無法以相對低廉的成本來大規模利用。
能源,本身的性質都一樣,太陽能並不比化石能源更低級。
最新的太陽能電池,轉化率已勝過了內燃機。
然而太陽能的密度太低,需要富集的手段,和衍生而來的能量儲存手段,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。
實踐中,太陽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,物質密度的無限攤薄,必然導致任何潛在能源的密度無限稀釋,對文明來講,隨着時間的流逝,從越來越稀薄的宇宙空間中獲得能量,降低自身熵值,即便理論上永遠都可以做,實踐上,卻遲早會變得完全不可行。
究竟是什麼樣的困難呢,設想一下,倘若隨着時間流逝,石油的能量密度降低到萬分之一,甚至億分之一,內燃機將會怎樣:
在那種條件下,內燃機,根本就沒辦法存在了。