宇宙的熵增过程,它会有尽头吗?这或许与宇宙大爆炸有关

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多年来,科学家们一直在给我们灌输一个观点:我们的宇宙始于”大爆炸“。这常常让人们有一种感觉,就是宇宙的那场诞生是非常奇异的过程。

但芝加哥大学的两位物理学家却并不这样认为。

西恩 卡罗尔是芝加哥大学的物理学助理教授,她想告诉我们:大爆炸在我们宇宙的整个历史中并不具有特殊性!

卡罗尔和研究生詹妮弗 陈认为:大爆炸只是宇宙极其漫长的自然演化过程(不断扩张、变得稀薄并逐渐冷却)中反复发生的一种普通事件。

我们来看两个问题:为什么时间只能向一个方向流动,以及为什么大爆炸(一个尚未证实的理论)由“虚空”中的能量波动引起,并且这个“虚空”遵从我们已知的物理学定律?

一些研究人员很早就指出宇宙有可能是周期性循环的,大爆炸只是我们已知宇宙的起点,而不是包含这个已知宇宙的更大宇宙的起点,那个更大的宇宙中包含了大量不在我们这个“宇宙泡“中的物质,那些物质我们是永远看不到的。

关于时间只能朝一个方向流逝的问题已经困扰了物理学家一个世纪,因为大部分物理学定律并不区分过去和将来,也就是它们具有时间对称性。

时间和“熵“的概念关系密切,“熵“是一种对宇宙无序度的衡量。物理学家路德维格 玻尔兹曼在一个世纪之前就已经指出:熵随着时间的流逝而增加。

卡罗尔对此举了个形象的例子:你可以将鸡蛋变为一个熟蛋饼,但不能将熟蛋饼变回鸡蛋。

但是为何宇宙最初具有低熵状态呢?这个问题一直困扰着科学家们,大部分科学家都会绕开这个问题。之前有些研究者通过假定宇宙中的熵是有限的来尝试解决这个问题,卡罗尔和詹妮弗 陈则通过相反的方法。

他们在一个报告中提出一个假设:“宇宙的熵是无限的,它可以一直增长下去”。

为了和当前观测到的宇宙相符,任何一种理论都必须能解释宇宙膨胀现象,这也是大爆炸理论的一个推论。膨胀意味着,宇宙在大爆炸发生后不到一秒的时间内,出现了极其快速的扩张。

但是这里有一个问题:为了开始膨胀过程,宇宙最初需要一个非常不一般的构造,其中必须包含一个特殊的微小物质块,而这种构造形式是很难在完全随机的情况下形成的。

卡罗尔和詹妮弗 陈不这样想,他们认为宇宙的最常规构造更像一个寒冷而空旷的空间,这种空间结构很难产生膨胀现象。

在一个有限熵的宇宙模型中,一些科学家认为一种随机波动会触发膨胀,但是这需要宇宙中的分子从高熵状态波动到低熵状态,这种事情发生的几率很小。

卡罗尔说:“触发膨胀的条件并不容易达成,有观点认为从随机波动中诞生宇宙要比产生膨胀还容易!”

卡罗尔和詹妮弗 陈的无限熵方案灵感来自1998年的发现:由于暗能量这种神秘力量的存在,宇宙将持续扩张下去。在这种情况下,宇宙最可能的构造就是它几乎是空无一物的。

卡罗尔说:“在我们这个宇宙中,熵在增长,宇宙也在膨胀,并变得更空。“

但是即使是空无一物的太空,也存在亚原子级别的能量波动,如巴塞罗那自治大学的贾米 格瑞加和塔夫茨大学的亚历山大 维林金所指出的,这种微小的波动会在宇宙中持续不断形成大爆炸现象,散布在各个区域。卡罗尔和詹妮弗 陈对这种思路进行了极大的扩展,认为膨胀甚至可以在遥远的过去发生逆转,在那种情况下时间从我们的角度看就会倒退往回。

无论如何膨胀,这些大爆炸产生的新宇宙都会继续熵增过程,在这个不停的循环中,宇宙永远不会安宁下来。因为如果它真的达到了平衡,那么一切都将停止,时间也不会再流动。

最后来总结一下卡罗尔的观点:“并不存在一个熵为极大值的状态,你永远可以通过创造一个新宇宙让它扩张并冷却的办法让宇宙的熵继续增大!”

BY: Staff

FY: TelescopeX

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