宇宙的熵增過程,它會有盡頭嗎?這或許與宇宙大爆炸有關

語言: CN / TW / HK

多年來,科學家們一直在給我們灌輸一個觀點:我們的宇宙始於”大爆炸“。這常常讓人們有一種感覺,就是宇宙的那場誕生是非常奇異的過程。

但芝加哥大學的兩位物理學家卻並不這樣認為。

西恩 卡羅爾是芝加哥大學的物理學助理教授,她想告訴我們:大爆炸在我們宇宙的整個歷史中並不具有特殊性!

卡羅爾和研究生詹妮弗 陳認為:大爆炸只是宇宙極其漫長的自然演化過程(不斷擴張、變得稀薄並逐漸冷卻)中反覆發生的一種普通事件。

我們來看兩個問題:為什麼時間只能向一個方向流動,以及為什麼大爆炸(一個尚未證實的理論)由“虛空”中的能量波動引起,並且這個“虛空”遵從我們已知的物理學定律?

一些研究人員很早就指出宇宙有可能是週期性迴圈的,大爆炸只是我們已知宇宙的起點,而不是包含這個已知宇宙的更大宇宙的起點,那個更大的宇宙中包含了大量不在我們這個“宇宙泡“中的物質,那些物質我們是永遠看不到的。

關於時間只能朝一個方向流逝的問題已經困擾了物理學家一個世紀,因為大部分物理學定律並不區分過去和將來,也就是它們具有時間對稱性。

時間和“熵“的概念關係密切,“熵“是一種對宇宙無序度的衡量。物理學家路德維格 玻爾茲曼在一個世紀之前就已經指出:熵隨著時間的流逝而增加。

卡羅爾對此舉了個形象的例子:你可以將雞蛋變為一個熟蛋餅,但不能將熟蛋餅變回雞蛋。

但是為何宇宙最初具有低熵狀態呢?這個問題一直困擾著科學家們,大部分科學家都會繞開這個問題。之前有些研究者通過假定宇宙中的熵是有限的來嘗試解決這個問題,卡羅爾和詹妮弗 陳則通過相反的方法。

他們在一個報告中提出一個假設:“宇宙的熵是無限的,它可以一直增長下去”。

為了和當前觀測到的宇宙相符,任何一種理論都必須能解釋宇宙膨脹現象,這也是大爆炸理論的一個推論。膨脹意味著,宇宙在大爆炸發生後不到一秒的時間內,出現了極其快速的擴張。

但是這裡有一個問題:為了開始膨脹過程,宇宙最初需要一個非常不一般的構造,其中必須包含一個特殊的微小物質塊,而這種構造形式是很難在完全隨機的情況下形成的。

卡羅爾和詹妮弗 陳不這樣想,他們認為宇宙的最常規構造更像一個寒冷而空曠的空間,這種空間結構很難產生膨脹現象。

在一個有限熵的宇宙模型中,一些科學家認為一種隨機波動會觸發膨脹,但是這需要宇宙中的分子從高熵狀態波動到低熵狀態,這種事情發生的機率很小。

卡羅爾說:“觸發膨脹的條件並不容易達成,有觀點認為從隨機波動中誕生宇宙要比產生膨脹還容易!”

卡羅爾和詹妮弗 陳的無限熵方案靈感來自1998年的發現:由於暗能量這種神祕力量的存在,宇宙將持續擴張下去。在這種情況下,宇宙最可能的構造就是它幾乎是空無一物的。

卡羅爾說:“在我們這個宇宙中,熵在增長,宇宙也在膨脹,並變得更空。“

但是即使是空無一物的太空,也存在亞原子級別的能量波動,如巴塞羅那自治大學的賈米 格瑞加和塔夫茨大學的亞歷山大 維林金所指出的,這種微小的波動會在宇宙中持續不斷形成大爆炸現象,散佈在各個區域。卡羅爾和詹妮弗 陳對這種思路進行了極大的擴充套件,認為膨脹甚至可以在遙遠的過去發生逆轉,在那種情況下時間從我們的角度看就會倒退往回。

無論如何膨脹,這些大爆炸產生的新宇宙都會繼續熵增過程,在這個不停的迴圈中,宇宙永遠不會安寧下來。因為如果它真的達到了平衡,那麼一切都將停止,時間也不會再流動。

最後來總結一下卡羅爾的觀點:“並不存在一個熵為極大值的狀態,你永遠可以通過創造一個新宇宙讓它擴張並冷卻的辦法讓宇宙的熵繼續增大!”

BY: Staff

FY: TelescopeX

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