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熱寂（猜想宇宙終極命運的假說）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-17

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熱寂

猜想宇宙終極命運的假說

熱寂（英語：Heat death of the universe）是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律，作為一個“孤立”的系統，宇宙的熵會隨著時間的流異而增加，由有序向無序，當宇宙的熵達到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能，所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態(tài)稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。

熱寂理論最早由威廉·湯姆森（英語：William Thomson）于1850年根據自然界中機械能損失的熱力學原理推導出的。

基本信息

中文名	熱寂
外文名	The heat death
類型	宇宙終極命運的一種假說
提出者	威廉·湯姆森（William Thomson）
提出時間	1850年
改進者	赫爾曼·馮·亥姆霍茲和威廉·朗肯
根據	熱力學第二定律

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發(fā)展歷史

熱寂理論起源于十九世紀物理學家對熱力學第一定律和熱力學第二定律對宇宙進程的影響的研究，特別是威廉·湯姆森在1851年對當時的一個動態(tài)熱力學理論（Theory of Heat）實驗做出了如下描述：“熱量并非一種物質，然而是機械作用的一種動態(tài)形式，我們認識到機械功與熱量之間必須是相關的，就如同因與果”隨后，熱寂理論又由赫爾曼·馮·亥姆霍茲和威廉·蘭金加以發(fā)展。

理論不足

熱寂說單純地考慮熱力學第二定律，而沒有考慮引力效應。引力系統是負比熱容系統，不存在穩(wěn)定的平衡態(tài)。

時間表

由于宇宙熱寂說僅僅是一種可能的猜想，并沒有任何事實證據支持該學說的正確性，所以以下內容僅為在假設該學說成立基礎下的假說。

退化時代

星系和恒星停止產生：10^14年

在這段時間里，星系和恒星的形成逐漸減緩并完全停止，至于那些仍然存在的恒星，由于自身核燃料的逐漸枯竭，恒星的溫度和光度逐漸下降，直到核燃料完全耗盡，恒星死亡為止。當宇宙中所有的恒星都熄滅之后，只有行星、小行星（包括彗星、隕石和棕矮星）、白矮星、黑矮星、中子星、奇異星和黑洞能夠繼續(xù)存在。偶爾，棕矮星之間的相互撞擊會形成新的紅矮星。這些紅矮星會在宇宙中繼續(xù)存在數十億年，成為宇宙中為數不多的可見光源。

行星開始脫離軌道：10^15年

隨著時間的流逝，由于引力波和引力擾動的影響，行星逐漸脫離它們的原始軌道。

恒星開始脫離軌道：10^16年

同樣是因為引力波和引力擾動的影響，星系中的恒星和恒星殘骸也開始離開它們的原始軌道，只留下分散的恒星殘骸以及超大質量黑洞。

可能的分歧之一

第一個可能性是以某些大一統理論中，是以質子壽命極長但有限為前提推測的。

一半質子完成衰變：10^36年

根據某些理論認為質子會衰變，而半衰期（10^36年）的估計是正確的話，屆時，宇宙中大約一半的物質已經通過質子衰變形式轉化為伽馬射線和輕子。

全部質子完成衰變：10^40年

這時，所有的質子都已完成衰變。事實上在這種情況下，宇宙中所有的物質只能兩種形式存在：黑洞或是輕子。

黑洞占主導地位：10^40年

黑洞繼續(xù)通過霍金輻射的形式緩慢的蒸發(fā)

黑洞崩潰：10^100年

除了少量黑洞以外，絕大部分的黑洞都已蒸發(fā)完畢?，F在，所有組成恒星和星系的物質都衰變?yōu)楣庾雍洼p子.

宇宙的終極命運

最后的黑洞蒸發(fā)完畢：10^150年

所有殘余的黑洞都已完全蒸發(fā)：首先是低質量的黑洞，最后是超大質量黑洞，現在宇宙中所有的物質都已衰變?yōu)楣庾雍洼p子。

宇宙達到最低能量狀態(tài)：10^1000年及以后

現在，宇宙已經進入低能狀態(tài)，目前尚不清楚在這之后會發(fā)生什么。一種假設是宇宙很可能會永遠停留在這種狀態(tài)，進入真正意義上的熱寂狀態(tài)。意味著量子事件將會取代其他的微觀活動成為宇宙的主宰。

可能分歧之二

假如宇宙是平面的（即Ω=1）且沒有質子衰變；則隨著量子穿隧效應加上長時間的機率，最終所有小于鐵的物質都會因此而發(fā)生核聚變，最終變?yōu)殍F。（而鐵的結合能最小，因此熵值最大。）

全部物質變?yōu)殍F：10^1500年以后

假如宇宙是平面的（即Ω=1），在10 年以后，量子穿梭效應所導致的核聚變應使小于鐵物質融合成鐵-56，而自發(fā)裂變和核衰變也應使大于鐵的物質衰變成鐵。

可能分歧之三

以較新的觀測所知宇宙常數，和以質子壽命無限為前提假設，有強大的暗能量不斷加速，這樣宇宙的整體熵極大，所以微觀物質很少改變，但長遠來說宏觀物體難以保持現狀。這仍然屬于熱寂的結論之一。這樣的宇宙的預期壽命遠較其他假設為短，估計約僅余數百億年（某些人認為僅一百多億年）便會崩潰而不適合維持生物的存活。

宇宙加速膨脹

宇宙加速膨脹使星系間距離擴大。10 年內，除了一些有引力聯系的星系，其它星系都會因為離開可觀測宇宙外而變成不可見。

宇宙的終極命運

因為發(fā)光體不存在，只有高質量的暗物質，除人為光源外完全黑暗。但此情形下很難一直持續(xù)下去，比上一種模型更可能因為零點能作用產生大撕裂（英語：Big Rip），甚至產生新的宇宙大爆炸。

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