第一〇八章 困难
对一个永远在膨胀、没有终末态的宇宙,热力学定律依然正确,这,毋庸置疑。
然而主宰一切的热力学第定律,却仿佛杀手,在无限长的路径上追击目标,永远跟在宇宙的身后,永远也无法得手。
膨胀,如何让宇宙避免热寂的宿命,一经点拨,方然很快就思路贯通。
即便孤立系统,如果允许系统占据的空间发生变化,譬如说,气缸容积变大一倍,那么,即便原本缸内的气体已达到参数的绝对均匀分布、处于熵最大的态势,也可以藉由向新增空间的扩散,来进一步提升熵值。
熵值有提升的空间,在热力学,也就意味着有做功的可能;
进而,就有被智慧生物所利用,借以维持新陈代谢之类精妙活动的可能性。
宇宙的膨胀,一种建立在科学观测上的假说,居然有这样的效力,面对热寂,坚若磐石的统计物理成果,时空持续膨胀的宇宙虽然无法彻底摆脱热寂的阴影,却始终可以快出一步,这种图景,让方然感到久违的放松。
面对无限膨胀的宇宙,曾被认为面目狰狞的热力学第二定律,原来……
也有它无法终结掉的存在,是这样吗。
坐在椅子上,脑海中冥想着那遥远到不可思议的未来,意识到那想象中的“叹息之墙”也许并不存在,一开始,方然几乎要表露出罕有的欣喜,理智却在提醒他,寻常人绝不可能因为这种事而高兴,这样泄露情绪,正该是身为永生的追寻者所竭力避免的,才勉强控制住表情。
不过,和默默体验心情的年轻人不一样,被话题引起了兴趣,理查德*费曼还在滔滔不绝,言谈间,又让方然有了新的忧虑:
“正因如此,‘热寂’这种假说,如今并没多少人会当真。
即便按相关理论的预测,根据不同的初始条件,关于宇宙何时会彻底进入热平衡态,分歧也很大,预期从10^10年到10^1600年不等;
就我个人而言,一种理论如果会导致如此悬殊的预测数据,本身就说明这理论‘不太靠谱’,呵呵。
不过,即便我们否决了‘热寂’理论,宇宙的长远景象,恐怕……”
“恐怕什么?”
面对眼神略显恐慌的方然,费曼教授的话,很突兀:
“你看,现在已经五点半了;
如果不想忍受餐厅的伙食,我们就叫一些外卖来吃,记在我的账上,怎么样。”
……
“坦率的讲,方,——你的名字是方然,对吧;
如今像你这样关心宇宙命运的人,即便在大学里,也真是越来越不常见喽。”
傍晚时分,理查德*费曼请了方然一顿挺丰盛的大餐,既是感谢他常来帮忙,同时,也有些志趣相投的意思。
教授话里的一丝落寞,不难听出来,方然则讪讪的劝慰着:
“可是,至少在伯克利的物理系,愿意探究宇宙奥秘的学生,还是很多啊。”
“哦,是这样。
搞物理的人,什么时候都不会少,要说这里面大部分人都是出于对物理的热爱、至少是兴趣,这一点我并不反对。
只不过,以实用主义的动机来学习自然科学,或者,以造福人类的志向来学习,总之大概是这些吧,难免令人失望;十个物理系的学生,得有八九个都是持类似的动机,他们钻研物理,无非是想凭借这么一种手段,去改变人类世界,仅此而已。
这样做,当然不能说没意义;
但纯粹受求知欲的驱使,想要知道浩瀚宇宙的过去和未来,持这种动机的人,就少得多喽!
话说回来,关于宇宙的宿命,”
一提到这方面,方然就不自觉的竖起耳朵,
“之前我们谈到‘热寂’,然后呢,即便这理论有些片面,甚至完全错误,宇宙的终末态,也还是无法脱出热力学第二定律的框架。
目前来看,宇宙一直在膨胀,不妨假设这膨胀会永远持续下去,那么,宇宙的确永远不会进入热平衡态,理论上讲,永远具备熵增过程发生的基础;然而再考虑到另一个方面,宇宙中物质的总量,几乎恒定,那么随着空间的膨胀,宇宙中物质的密度也会越来越低,越来越接近于零。
这样一来,对任何熵增过程而言,发生的难度,也会变得越来越高。”
一席话,仿佛在自言自语,理查德*费曼的语调不紧不慢,方然听得却有些困惑,皱眉思考片刻,他才明白了教授话中含义,喉咙便有些发紧。
恐惧再度袭来,他知道,这是因为自己思考问题的立场,和教授不一样。
宇宙膨胀,物质的分布随之越来越稀薄,这意味着什么呢;
站在永不下车的立场,要永生,就得有持续到永远的熵增过程,来维持生命的低熵态,然而,宇宙的物质分布越稀薄,从“物质扩散”这一过程中获得能量、降低自身熵值的企图,就越困难。
要理解这情形,单凭想象即可,并不需要高深的宏观物理理论。
且看人类现有的低熵源,或曰,能量的来源,就有这样的规律,能量密度越高的能源,利用价值越高,从核能,到化石燃料,这些高密度的能源被人类广泛利用,而像太阳能,潮汐能这些密度较低的能源,不论科学家怎样努力尝试,也始终无法以相对低廉的成本来大规模利用。
能源,本身的性质都一样,太阳能并不比化石能源更低级。
最新的太阳能电池,转化率已胜过了内燃机。
然而太阳能的密度太低,需要富集的手段,和衍生而来的能量储存手段,就是化石能源体系不需要特别考虑的,这就带来了工程上的麻烦。
实践中,太阳能的利用要比化石能源难得多,成本也高得多。
以此类推,从宇宙的视角来观察,物质密度的无限摊薄,必然导致任何潜在能源的密度无限稀释,对文明来讲,随着时间的流逝,从越来越稀薄的宇宙空间中获得能量,降低自身熵值,即便理论上永远都可以做,实践上,却迟早会变得完全不可行。
究竟是什么样的困难呢,设想一下,倘若随着时间流逝,石油的能量密度降低到万分之一,甚至亿分之一,内燃机将会怎样:
在那种条件下,内燃机,根本就没办法存在了。
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然而主宰一切的热力学第定律,却仿佛杀手,在无限长的路径上追击目标,永远跟在宇宙的身后,永远也无法得手。
膨胀,如何让宇宙避免热寂的宿命,一经点拨,方然很快就思路贯通。
即便孤立系统,如果允许系统占据的空间发生变化,譬如说,气缸容积变大一倍,那么,即便原本缸内的气体已达到参数的绝对均匀分布、处于熵最大的态势,也可以藉由向新增空间的扩散,来进一步提升熵值。
熵值有提升的空间,在热力学,也就意味着有做功的可能;
进而,就有被智慧生物所利用,借以维持新陈代谢之类精妙活动的可能性。
宇宙的膨胀,一种建立在科学观测上的假说,居然有这样的效力,面对热寂,坚若磐石的统计物理成果,时空持续膨胀的宇宙虽然无法彻底摆脱热寂的阴影,却始终可以快出一步,这种图景,让方然感到久违的放松。
面对无限膨胀的宇宙,曾被认为面目狰狞的热力学第二定律,原来……
也有它无法终结掉的存在,是这样吗。
坐在椅子上,脑海中冥想着那遥远到不可思议的未来,意识到那想象中的“叹息之墙”也许并不存在,一开始,方然几乎要表露出罕有的欣喜,理智却在提醒他,寻常人绝不可能因为这种事而高兴,这样泄露情绪,正该是身为永生的追寻者所竭力避免的,才勉强控制住表情。
不过,和默默体验心情的年轻人不一样,被话题引起了兴趣,理查德*费曼还在滔滔不绝,言谈间,又让方然有了新的忧虑:
“正因如此,‘热寂’这种假说,如今并没多少人会当真。
即便按相关理论的预测,根据不同的初始条件,关于宇宙何时会彻底进入热平衡态,分歧也很大,预期从10^10年到10^1600年不等;
就我个人而言,一种理论如果会导致如此悬殊的预测数据,本身就说明这理论‘不太靠谱’,呵呵。
不过,即便我们否决了‘热寂’理论,宇宙的长远景象,恐怕……”
“恐怕什么?”
面对眼神略显恐慌的方然,费曼教授的话,很突兀:
“你看,现在已经五点半了;
如果不想忍受餐厅的伙食,我们就叫一些外卖来吃,记在我的账上,怎么样。”
……
“坦率的讲,方,——你的名字是方然,对吧;
如今像你这样关心宇宙命运的人,即便在大学里,也真是越来越不常见喽。”
傍晚时分,理查德*费曼请了方然一顿挺丰盛的大餐,既是感谢他常来帮忙,同时,也有些志趣相投的意思。
教授话里的一丝落寞,不难听出来,方然则讪讪的劝慰着:
“可是,至少在伯克利的物理系,愿意探究宇宙奥秘的学生,还是很多啊。”
“哦,是这样。
搞物理的人,什么时候都不会少,要说这里面大部分人都是出于对物理的热爱、至少是兴趣,这一点我并不反对。
只不过,以实用主义的动机来学习自然科学,或者,以造福人类的志向来学习,总之大概是这些吧,难免令人失望;十个物理系的学生,得有八九个都是持类似的动机,他们钻研物理,无非是想凭借这么一种手段,去改变人类世界,仅此而已。
这样做,当然不能说没意义;
但纯粹受求知欲的驱使,想要知道浩瀚宇宙的过去和未来,持这种动机的人,就少得多喽!
话说回来,关于宇宙的宿命,”
一提到这方面,方然就不自觉的竖起耳朵,
“之前我们谈到‘热寂’,然后呢,即便这理论有些片面,甚至完全错误,宇宙的终末态,也还是无法脱出热力学第二定律的框架。
目前来看,宇宙一直在膨胀,不妨假设这膨胀会永远持续下去,那么,宇宙的确永远不会进入热平衡态,理论上讲,永远具备熵增过程发生的基础;然而再考虑到另一个方面,宇宙中物质的总量,几乎恒定,那么随着空间的膨胀,宇宙中物质的密度也会越来越低,越来越接近于零。
这样一来,对任何熵增过程而言,发生的难度,也会变得越来越高。”
一席话,仿佛在自言自语,理查德*费曼的语调不紧不慢,方然听得却有些困惑,皱眉思考片刻,他才明白了教授话中含义,喉咙便有些发紧。
恐惧再度袭来,他知道,这是因为自己思考问题的立场,和教授不一样。
宇宙膨胀,物质的分布随之越来越稀薄,这意味着什么呢;
站在永不下车的立场,要永生,就得有持续到永远的熵增过程,来维持生命的低熵态,然而,宇宙的物质分布越稀薄,从“物质扩散”这一过程中获得能量、降低自身熵值的企图,就越困难。
要理解这情形,单凭想象即可,并不需要高深的宏观物理理论。
且看人类现有的低熵源,或曰,能量的来源,就有这样的规律,能量密度越高的能源,利用价值越高,从核能,到化石燃料,这些高密度的能源被人类广泛利用,而像太阳能,潮汐能这些密度较低的能源,不论科学家怎样努力尝试,也始终无法以相对低廉的成本来大规模利用。
能源,本身的性质都一样,太阳能并不比化石能源更低级。
最新的太阳能电池,转化率已胜过了内燃机。
然而太阳能的密度太低,需要富集的手段,和衍生而来的能量储存手段,就是化石能源体系不需要特别考虑的,这就带来了工程上的麻烦。
实践中,太阳能的利用要比化石能源难得多,成本也高得多。
以此类推,从宇宙的视角来观察,物质密度的无限摊薄,必然导致任何潜在能源的密度无限稀释,对文明来讲,随着时间的流逝,从越来越稀薄的宇宙空间中获得能量,降低自身熵值,即便理论上永远都可以做,实践上,却迟早会变得完全不可行。
究竟是什么样的困难呢,设想一下,倘若随着时间流逝,石油的能量密度降低到万分之一,甚至亿分之一,内燃机将会怎样:
在那种条件下,内燃机,根本就没办法存在了。
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