当宇宙达到热平衡时,不存在热交换,宇宙各部分的温度完全一致,那么这个温度会是在多少度,有没有人计算过。
古典热寂说其实并不能精确地描述「热寂」,一般声称在遥远的未来所谓热平衡的宇宙会无限地趋近于绝对零度,但不能达到绝对零度。
20世纪初,有人推导出如果束缚在原子中的质子、中子和电子不会在遥远未来被拆开或衰变,在有机制能将辐射变换为氢原子或类似的东西的情况下,即使不考虑引力,宇宙也永远不能冷却到绝对零度,热平衡状态亦无法维持。
21世纪初,宇宙的基本平坦和开放得到广泛认可,宇宙的加速膨胀也基本成为定论。在这种情况下还认为「热寂」有可能实现的人们,推导出如果宇宙常数为零,那么在极其长的时间上热平衡的宇宙会达到绝对零度,造成热力学的崩溃;如果宇宙常数为正(就像一些现实观测数据显示的那样),则热平衡的宇宙的温度会是高于绝对零度的极低温度[1]。
2010年,罗杰·彭罗斯推导,对于在暗能量作用下永远加速膨胀的开放宇宙而言,在事实上是新热寂的「辐射时代」,所有的基本粒子都将变为没有不变质量的辐射状态,时间不再对物质起作用,经过涉及无限大的数次变换,可以产生新的宇宙大爆炸[2]。这些辐射的温度也是高于绝对零度的极低温度。
- 这是个涨落态宇宙论,同时挑战了现代科学中三个领域的主流观点,并不被大部分学者支持。
然后,2020年披露的SDSS的观测事实显示,在过去一百亿年里,宇宙中气体的平均温度随著加速膨胀上升了[3]。按照目前的理论,这可能是随著时间推移发生的宇宙结构的引力坍塌造成的。
- 说好的冷却呢?说好的不可逆地走向热寂呢?这到底是走了个什么?
在这种情况下谈论热平衡,你可能要考虑热平衡时的宇宙是个混乱度有上限的系统,其温度越过了正无穷大、从负无穷大开始接近绝对零度,并永远不能到达绝对零度。
- 这对应的图景是宇宙坍塌为接近一个点——显然,这个热平衡状态是无法持续下去的,你闭著眼睛也知道接下来会发生什么事情。
所以,建议你不要再抱著「热寂说」这具尸体不放了。
- 普朗克生前说过,「宇宙的熵」一词没有任何意义,因为它没有准确的定义。