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66662周前
你有没有发现,在宇宙中万事万物似乎都遵循着一条无情的法则,它们会从诞生逐渐走向消散。如生命会因衰老而死亡,恒星会因燃料耗尽而熄灭,甚至黑洞也会因辐射蒸发而消失。那么为何宇宙不容许永恒存在?这背后的原因究竟是什么? 其实一切事物的消亡都源于宇宙的基本规律,而答案便深藏于一个名为熵的概念之中。想象一下,一杯热水和一杯冰水,当它们被放置在一起时,热量会不可逆转的从热水流向冰水,直到两杯水温度相同,这时便达到一种均匀的热平衡状态。这个过程所揭示的正是热力学第二定律,一个支配着宇宙演化的铁律。 该定律指出,在一个孤立系统中,熵总是随着时间而增加,永远不会减少。这个熵我们可以看成无序度的物理量,熵值越大,混乱度越大,熵值越低,有序度越高。而我们的宇宙正是一个巨大的孤立系统,它必然会从有序奔向无序的终点。 恒星的死亡就是这条定律最好的诠释。恒星通过核心的核聚变反应将质量转化为能量,以对抗自身巨大的引力坍缩。然而恒星的燃料终究有限,当恒星核心的氢元素耗尽之时,聚变反应会转向更重的元素,这个过程将扰乱恒星内部的平衡,最终导致其走向毁灭,然后留下一颗致命的白矮星或通过超新星爆发形成中子星以及黑洞。 但无论如何,恒星的残骸由于没有了核聚变带来的能量提供,它们的有序能量终将转化为辐射热量成为暗淡的黑矮星。即便是恒星死亡形成的黑洞也无法逃脱熵增的命运。在上世纪70年代,物理学家霍金发现黑洞并非只进不出的饕餮,它也会通过一种微妙的量子效应持续的向外界辐射能量,这就是霍金辐射。这意味着黑洞会缓慢的蒸发消失,回归于无形。 至于生命与衰老,我们更能切身感受到这股无处不在的力量。生命体是高度有序的复杂系统,我们通过不断的从环境中摄取能量和物质来构建和维持自身的低熵状态,并将高熵产物排出体外。然而这个维持秩序的过程并非完美无缺,从细胞层面的损伤累积到DNA复制过程中的微小错误,再到蛋白质功能的失常,这些都是在生命活动中不可避免的熵增体现。 当这种无序超过了生命系统所能维持的临界点,死亡便会降临。当我们把视野扩展到整个宇宙,这幅图景便更加清晰。在熵增的驱使下,恒星会一颗颗熄灭,黑洞会一点点蒸发。在遥远的未来,当宇宙最后一颗恒星熄灭之后,宇宙将走向一种所有能量均匀分布,温度无限接近绝对零度,不再有任何宏观运动和生命可能的热寂状态。届时宇宙将彻底凉透,达到熵的最大值,最终宇宙走向灭亡。
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66662周前
你有没有发现,在宇宙中万事万物似乎都遵循着一条无情的法则,它们会从诞生逐渐走向消散。如生命会因衰老而死亡,恒星会因燃料耗尽而熄灭,甚至黑洞也会因辐射蒸发而消失。那么为何宇宙不容许永恒存在?这背后的原因究竟是什么? 其实一切事物的消亡都源于宇宙的基本规律,而答案便深藏于一个名为熵的概念之中。想象一下,一杯热水和一杯冰水,当它们被放置在一起时,热量会不可逆转的从热水流向冰水,直到两杯水温度相同,这时便达到一种均匀的热平衡状态。这个过程所揭示的正是热力学第二定律,一个支配着宇宙演化的铁律。 该定律指出,在一个孤立系统中,熵总是随着时间而增加,永远不会减少。这个熵我们可以看成无序度的物理量,熵值越大,混乱度越大,熵值越低,有序度越高。而我们的宇宙正是一个巨大的孤立系统,它必然会从有序奔向无序的终点。 恒星的死亡就是这条定律最好的诠释。恒星通过核心的核聚变反应将质量转化为能量,以对抗自身巨大的引力坍缩。然而恒星的燃料终究有限,当恒星核心的氢元素耗尽之时,聚变反应会转向更重的元素,这个过程将扰乱恒星内部的平衡,最终导致其走向毁灭,然后留下一颗致命的白矮星或通过超新星爆发形成中子星以及黑洞。 但无论如何,恒星的残骸由于没有了核聚变带来的能量提供,它们的有序能量终将转化为辐射热量成为暗淡的黑矮星。即便是恒星死亡形成的黑洞也无法逃脱熵增的命运。在上世纪70年代,物理学家霍金发现黑洞并非只进不出的饕餮,它也会通过一种微妙的量子效应持续的向外界辐射能量,这就是霍金辐射。这意味着黑洞会缓慢的蒸发消失,回归于无形。 至于生命与衰老,我们更能切身感受到这股无处不在的力量。生命体是高度有序的复杂系统,我们通过不断的从环境中摄取能量和物质来构建和维持自身的低熵状态,并将高熵产物排出体外。然而这个维持秩序的过程并非完美无缺,从细胞层面的损伤累积到DNA复制过程中的微小错误,再到蛋白质功能的失常,这些都是在生命活动中不可避免的熵增体现。 当这种无序超过了生命系统所能维持的临界点,死亡便会降临。当我们把视野扩展到整个宇宙,这幅图景便更加清晰。在熵增的驱使下,恒星会一颗颗熄灭,黑洞会一点点蒸发。在遥远的未来,当宇宙最后一颗恒星熄灭之后,宇宙将走向一种所有能量均匀分布,温度无限接近绝对零度,不再有任何宏观运动和生命可能的热寂状态。届时宇宙将彻底凉透,达到熵的最大值,最终宇宙走向灭亡。
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