宇宙的终极轮回:爱因斯坦和庞加莱的预言,谁是对的?
给一只猴子无限长的时间,它就会在打字机上打出任意一本小说,这便是著名的无限猴子定理。
这个定理引发了一个有趣的问题:宇宙中的所有物质都是由基本粒子组成的,而这些粒子一直在无规则运动。那么,如果时间足够长,宇宙中的粒子有没有可能回到过去某个时刻的状态?如果可能,这是否意味着宇宙在不断地轮回?
要回答这个问题,我们需要了解一个被称为“最让人绝望的物理定律”,熵增定律。熵,是用来衡量一个系统混乱程度的指标。在一个封闭的系统中,热量总是从高温流向低温,从有序走向无序,这个过程是不可逆的。比如,一杯热水会慢慢变凉,房间不打扫会变乱,这些都是熵增的表现。
爱因斯坦认为,熵增定律揭示了宇宙的终极命运:宇宙从诞生开始就注定走向毁灭。未来,太阳会耗尽燃料,膨胀成红巨星,吞噬地球;最终,它会变成一颗白矮星,慢慢冷却成黑矮星。所有的恒星都会经历类似的命运,宇宙将陷入永恒的黑暗,只剩下黑洞和光子。
但黑洞也不会永远存在。它们会通过“霍金辐射”慢慢蒸发,最终消失。当最后一个黑洞消失后,宇宙中将只剩下光子和暗能量,宇宙会继续膨胀,温度逐渐降低,最终达到“热寂”状态,宇宙的熵达到最大值,一切活动停止,宇宙进入永恒的寂静。
但是法国数学家庞加莱认为,在一个封闭的有限系统中,只要有足够长的时间,所有物质都会回到无限接近初始状态的位置。这个过程被称为庞加莱回归。比如,一个容器中的气体会从有序分布逐渐变得混乱,但在极长的时间后,气体可能会重新回到最初的有序状态。虽然这种概率极低,但只要时间足够长,就一定会发生。
如果把宇宙看作一个封闭系统,宇宙中的所有变化都是由粒子的无规则运动引起的。现在宇宙中有大约10的82次方个原子,它们复现一次庞加莱回归所需要的时间c;将是一个无法想象的天文数字。
不过在微观量子领域,科学家已经证实了庞加莱回归现象,这意味着在足够遥远的未来,现在的一切可能在宇宙中再次出现。
诺奖得主彭罗斯认为,如果暗物质和暗能量的问题被解决,那么宇宙有可能在未来某一时刻从膨胀变成收缩,然后再来一次大爆炸,产生一个新的,具备不同物理定律的宇宙,到时候庞加莱回归就失效了,因为在一个重启的宇宙里,粒子们都是刚诞生,甚至物理定律都不支持庞加莱回归了。
总体来说,不论宇宙是否轮回,对现阶段的我们来说都没意义,我们能做的就是过好每一天,顺便在空闲的时候领略一下宇宙之美。
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