熱寂（英語：Heat death of the universe），是猜想宇宙終極命運(yùn)的一種假說。依據(jù)熱力學(xué)第二定律，作為一個“孤立”的系統(tǒng)，宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加，由有序向無序，當(dāng)宇宙的熵達(dá)到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經(jīng)全部轉(zhuǎn)化為熱能，所有物質(zhì)溫度達(dá)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(yùn)動或是生命的能量存在。
熱寂理論最早由威廉·湯姆森（即開爾文勛爵，Lord Kelvin）于1850年根據(jù)自然界中機(jī)械能損失的熱力學(xué)原理推導(dǎo)出的。熱寂的假設(shè)源于威廉·湯姆森的想法，他在19世紀(jì)50年代的論文《On the Age of the Sun's Heat》中將熱理論視為自然界中的機(jī)械能損失（如熱力學(xué)前兩定律所體現(xiàn)的那樣），并將其外推到宇宙尺度上的更大過程，提出了熱寂悖論。
“熱寂說"是否正確，引起了科學(xué)界和哲學(xué)界的理論紛爭，也對19世紀(jì)的文化產(chǎn)生了影響。
“大爆炸"宇宙模型的提出和對引力作用的研究，或可作為“熱寂說"不成立的證據(jù)。
起源
最早提出熱寂說的是開爾文勛爵（Lord Kelvin）（即威廉·湯姆森，W.Thomson）。熱寂說，也譯作“熱死論”，宇宙中的所有天體都會冷卻，最終變得太冷而無法支持生命的猜想，可能是由法國天文學(xué)家讓·巴伊（Jean Sylvain Bailly）在1777年的天文學(xué)史著作中以及隨后與伏爾泰的通信中首次提出的。在巴伊看來，所有的行星都有內(nèi)部熱量，正處于某種特定的冷卻階段。例如，木星太熱，幾千年來都不可能有生命出現(xiàn)，而月球已經(jīng)冷卻了。在這個觀點(diǎn)中，最終狀態(tài)被描述為“平衡”狀態(tài)，在此狀態(tài)下，所有運(yùn)動都停止了。他對薩迪·卡諾（1824），詹姆斯·焦耳（1843）和魯?shù)婪颉た藙谛匏?/a>（1850）的機(jī)械能損失觀點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步的理論推導(dǎo)。宇宙熱寂的概念源于對熱力學(xué)前兩個定律在宇宙過程中的應(yīng)用的討論。具體來說，在1851年，開爾文勛爵概述了這一觀點(diǎn)，這是基于最近對熱的動力學(xué)理論的實(shí)驗(yàn)：“熱不是一種物質(zhì)，而是機(jī)械作用的一種動力學(xué)形式，我們認(rèn)為機(jī)械功和熱之間必須有一種等價關(guān)系，就像因果關(guān)系一樣。
1852年4月19日，開爾文在《愛丁堡皇家學(xué)會議事錄》上發(fā)表的《論自然界中機(jī)械能散失的一般趨勢》一文中首次指出，從卡諾定理可以得出一個明顯的結(jié)果，即當(dāng)熱從熱的物體傳到比較冷的物體時，就存在著機(jī)械能不可能完全恢復(fù)的耗散現(xiàn)象。在自然界中普遍存在的這種不可逆轉(zhuǎn)的機(jī)械能的耗散趨向，必然造成宇宙中熱能的不斷增加。其直接后果是，地球必將“不適合人類像目前這樣居住下去”。開爾文在這里對宇宙熱寂的思想作了充分的暗示。這篇論文中的想法，關(guān)于它們在太陽年齡和宇宙運(yùn)行動力學(xué)方面的應(yīng)用，吸引了威廉·約翰·麥夸恩·蘭金（William Rankine）和赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）等人。據(jù)說他們?nèi)司瓦@個問題交換了意見。1862年，湯姆森發(fā)表了《論宇宙熱的年齡》（On the age of the Sun's heat），在這篇文章中，他重申了他對能量不可毀滅的基本信念。（第一定律）和能量的普遍耗散（第二定律），導(dǎo)致熱的擴(kuò)散，有用運(yùn)動的停止（工作），和耗盡勢能，“失去了不可挽回的”通過物質(zhì)宇宙，同時澄清了他的看法的后果，宇宙作為一個整體。
湯姆森寫道：如果宇宙是有限的，并服從現(xiàn)有的定律，那么結(jié)果將不可避免地是一種宇宙靜止和死亡的狀態(tài)。但要設(shè)想宇宙中物質(zhì)的范圍有一個限度是不可能的；因此，科學(xué)與其說是指向一個有限的機(jī)制，像時鐘一樣運(yùn)行下去，永遠(yuǎn)停止，不如說是指向一個通過無限空間的、涉及勢能轉(zhuǎn)化為可見運(yùn)動從而轉(zhuǎn)化為熱的作用的無限推進(jìn)。這篇文章開始，開爾文還引入了熱寂悖論（開爾文悖論），它否定了無限古老宇宙的經(jīng)典概念，因?yàn)橛钪孢€沒有達(dá)到熱力學(xué)平衡，因此進(jìn)一步的工作和熵產(chǎn)生仍然是可能的。恒星和溫差的存在可以被認(rèn)為是宇宙并非無限古老的經(jīng)驗(yàn)證明。在湯姆森1852年和1862年的論文之后的幾年里，赫爾曼·馮·亥姆霍茲和蘭金都將湯姆森的想法推廣他的悖論，但在他的論文中，他們發(fā)表了一些觀點(diǎn)，指出湯姆森認(rèn)為宇宙將以“熱寂”結(jié)束（亥姆霍茲），這將是“所有物理現(xiàn)象的終結(jié)”（蘭金）。
1865年4月24日，魯?shù)婪颉た藙谛匏?/a>（Rudolph Clausius）于在蘇黎世自然科學(xué)家聯(lián)合會上作了一篇題為《關(guān)于熱動力理論主要方程各種應(yīng)用的方便形式》的演講，第一次引進(jìn)了“熵”的概念，證明了熵在絕熱過程中的增加，并將熱力學(xué)定律表述為“宇宙的能量保持不變，宇宙的熵趨于極大值"這樣兩個宇宙的基本定律。他指出，當(dāng)宇宙中的一切狀態(tài)改變都向著一個方向時，全宇宙必然要不斷地趨近于一個極限狀態(tài)。實(shí)際上，這里所說的“極限”狀態(tài)就是指“宇宙熱寂狀態(tài)”。
1867年9月23日，魯?shù)婪颉た藙谛匏?/a>正式提出“熱寂說”。他在法蘭克福舉行的第41次德國自然科學(xué)家和醫(yī)生的集會上作了一篇題為“關(guān)于熱力學(xué)第二定律”的演說，將他的宇宙基本定律總結(jié)為：（1）宇宙的能量是常數(shù)；（2）宇宙的熵趨于一個極大值。當(dāng)宇宙的熵達(dá)到最大值的極限狀態(tài)時，宇宙不會再出現(xiàn)進(jìn)一步的變化，將永遠(yuǎn)處于一種死寂狀態(tài)。
值得注意的是，開爾文和克勞修斯提出“熱寂說"時是有所不同的，前者明確認(rèn)為把熱力學(xué)第二定律推廣到宇宙是有條件限制的，也就是假設(shè)宇宙是一個“有限”的體系；后者并沒有做這樣一種限定，而是毫無條件地推廣到了整個宇宙。關(guān)于宇宙最終狀態(tài)的提議取決于對它最終命運(yùn)的假設(shè)，這些假設(shè)在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初有很大的變化。在一個假設(shè)的“開放”或“平坦”的宇宙中，它會無限地膨脹，預(yù)計最終會發(fā)生熱寂或大撕裂。 如果宇宙常數(shù)為零，宇宙將在很長的時間尺度上接近絕對零度。然而，如果宇宙學(xué)常數(shù)是正的，溫度將漸近到一個非零的正值，宇宙將接近一個最大熵的狀態(tài)，在這個狀態(tài)下，不能再做進(jìn)一步的演化。
熱寂時間表
根據(jù)宇宙學(xué)家的計算，宇宙熱寂將經(jīng)歷以下這些階段：
退化時代：從1014年到1040年
充宇宙加速膨脹：1010年，星系和恒星停止產(chǎn)生：1014年。壽命最長的低質(zhì)量恒星將在1014年左右的時間內(nèi)耗盡氫燃料，收縮成白矮星構(gòu)型，并冷卻到非常低的溫度。質(zhì)量較大的恒星需要更短的時間才能達(dá)到冷的最終狀態(tài)，這可能是白矮星、中子星或黑洞構(gòu)型，這取決于它們進(jìn)化的細(xì)節(jié)。當(dāng)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、黑洞等不發(fā)出可見光的天體能夠繼續(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(shù)十億年，成為宇宙中為數(shù)不多的可見光源。
大約從1016年開始，恒星以及恒星的殘骸都會離開它們的原始軌道，星系開始解體，只留下分散的恒星殘骸以及超大質(zhì)量黑洞。基于量子力學(xué)中的一個假設(shè)——質(zhì)子的半衰期是1036年。到了1036年，宇宙中的一半物質(zhì)都衰變?yōu)橘ゑR射線和輕子，到了1040年，宇宙中所有的物質(zhì)都會衰變完畢，整個宇宙就只剩下了黑洞和輕子。
黑洞時代：從1040年到10100年
黑洞會慢慢地蒸發(fā)，最終以霍金輻射的形式將自身的質(zhì)量一點(diǎn)點(diǎn)蒸發(fā)到宇宙中。宇宙中的絕大部分物質(zhì)都轉(zhuǎn)變成了光子和輕子。由于霍金輻射，大約1個星系質(zhì)量（1011個太陽質(zhì)量）的超大質(zhì)量黑洞的衰變時間大約是10100年，所以熵至少可以在那個時候產(chǎn)生。
黑暗時代：10100到10150年
所有殘余的黑洞都已完全蒸發(fā)（首先是低質(zhì)量的黑洞，最后是超大質(zhì)量黑洞），時間節(jié)點(diǎn)為10^150年，宇宙中只剩下了光子和輕子。雖然所有物質(zhì)都已衰變?yōu)楣庾雍洼p子，但宇宙還是黑暗時代，因?yàn)橛钪鎸?shí)在太大，這一點(diǎn)點(diǎn)光子和輕子在巨大的宇宙空間中，簡直不值一提，但此時離最終的完全熱平衡還差很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)。
熱寂時代：101000年以后
大約會在101000年以后，宇宙達(dá)到完全的熱平衡，所有的光子和輕子在宇宙中均勻地分布，宇宙的熵達(dá)到了最大值，即宇宙熱寂了。
另一種可能的熱寂時代：101500年以后
如果宇宙是平面的（即Ω=1），在101500年以后，量子穿隧效應(yīng)所導(dǎo)致的核聚變應(yīng)使小于鐵的物質(zhì)融合成鐵-56，而自發(fā)裂變和核衰變也應(yīng)使大于鐵的物質(zhì)衰變成鐵。這會導(dǎo)致鐵原子均勻分布在宇宙所有空間中。因?yàn)楦鶕?jù)量子理論，鐵的結(jié)合能是最小的，熵值是最大的。宇宙中所有原子量小于鐵的原子聚變成鐵原子，而所有原子量大于鐵的衰變?yōu)殍F原子。這也是另一種宇宙的熱寂，因?yàn)樽罱K的熵值最大。
之后在很長一段時間內(nèi)，會通過龐加萊復(fù)現(xiàn)定理、熱漲落和漲落定理，導(dǎo)致自發(fā)的熵值減少。量子穿隧效應(yīng)也應(yīng)該將大物體變成黑洞，根據(jù)所做的假設(shè)，這種情況發(fā)生的時間可以可以在年到年間發(fā)生。量子穿隧效應(yīng)也可能使鐵星在大約年內(nèi)坍[tān]縮成中子星。
爭論
科學(xué)上的爭論
“熱寂說"是熱力學(xué)第二定律的宇宙學(xué)推論，這一推論是否正確，引起了科學(xué)界和哲學(xué)界長達(dá)一百多年的理論紛爭。由于涉及到宇宙未來、人類命運(yùn)等重大問題，因而它所波及和影響的范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了科學(xué)界和哲學(xué)界。一百多年來，許多杰出的科學(xué)家都為解決宇宙“熱寂”這一世界性疑案嘔心瀝血，提出了各種宇宙模型和假說，其中有一些是沒有“熱寂"的模型，如托爾曼（P.Tolman）的相對論熱力學(xué)中就已經(jīng)沒有了“熱寂"，但由于這些假說或模型存在著理論上不可克服的困難和缺乏宇宙觀測事實(shí)的支持，最終都沒有對“熱寂說"構(gòu)成威脅。
麥克斯韋妖
熱寂說遇到真正的挑戰(zhàn)是在1871年，詹姆斯·麥克斯韋（J.Maxwell）在《熱理論》一書的末章《熱力學(xué)第二定律的限制》中，設(shè)計了一個假想的存在物——“麥克斯韋妖”。假設(shè)將一充滿空氣的容器分成兩格，中間開由麥克斯韋妖把守的小門。小妖讓氣體中高速運(yùn)動的分子從左進(jìn)入右側(cè)，而讓氣體中低速運(yùn)動的分子從右進(jìn)入左側(cè)，這樣其中一側(cè)的溫度高于另外一側(cè)，從而自發(fā)地實(shí)現(xiàn)熵減，而與熱力學(xué)第二定律發(fā)生了矛盾。
于是科學(xué)家們想方設(shè)法證明麥克斯韋妖的存在，以證偽熱寂說，卻屢屢失敗。直到1951年法國科學(xué)家路易·布里淵（Brillouin）從信息論出發(fā)否定了麥克斯韋妖的存在。他認(rèn)為麥克斯韋妖要在封閉的黑箱中識別高速分子與低速分子，就要先照亮氣體分子，獲得信息，這就要消耗有效能量增加環(huán)境的摘。若將光源、小妖和系統(tǒng)看作大系統(tǒng)，熵增加原理仍然成立。
與麥克斯韋佯謬有關(guān)的還有后來洛歇密（Loschmid）提出的“可逆佯謬”和賽密羅（E.Zermelo）提出的“再出現(xiàn)佯謬"等都對單向不可逆性和熱力學(xué)第二定律提出了挑戰(zhàn)，也就是對“熱寂說"提出了挑戰(zhàn)。
玻爾茲曼
對“熱寂說"構(gòu)成另一挑戰(zhàn)的科學(xué)假說是波爾茲曼（L.Boltzmann）1872年提出的“漲落說”。波爾茲曼在對氣體分子運(yùn)動的研究中，最先對熵增加進(jìn)行了統(tǒng)計解釋，按照這種解釋，熱平衡態(tài)總伴隨著漲落現(xiàn)象，后者是不遵從熱力學(xué)第二定律的。由此，波爾茲曼將氣體分子運(yùn)動論的觀點(diǎn)推廣到宇宙中，認(rèn)為整個宇宙可以看成類似在氣體狀態(tài)的分子集團(tuán)，圍繞著整個宇宙的平衡狀態(tài)則存在著巨大的“漲落"。即使在與整個廣延的宇宙相比極其渺小的恒星系和銀河系中，在短時期內(nèi)也存在著這種相對的熱平衡附近的“漲落”。按照這種假說，宇宙就必然會由平衡態(tài)返回到不平衡態(tài)。在這個區(qū)域，熵不但沒有增加，而且是在減少。因此，宇宙也就不可能產(chǎn)生“熱寂”。
這種說法有一定的吸引力，但尚缺乏事實(shí)根據(jù)。后來一些物理學(xué)家，如萊辛巴赫（H.Reihenbach）等發(fā)展了路德維希·玻爾茲曼的思想，把時間增加的方向作為熵增加的方向，并進(jìn)一步指出了宇宙中存在著熵的漲落現(xiàn)象，但由于同樣缺乏觀測證據(jù)支持而最終放棄。
耗散結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)60年代以來，以伊利亞·普里高津（I.Prigogine）為首的布魯塞爾學(xué)派提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。這一理論也曾被一些人用來反對“熱寂說”。所謂“耗散結(jié)構(gòu)”是指一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的有序結(jié)構(gòu)，意味著熵的降低，系統(tǒng)可以從“熱寂”狀態(tài)“起死回生”。如生命的發(fā)生和物種的進(jìn)化等，都是從低級到高級、從無序到有序的變化，是一個熵不斷降低的過程。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為關(guān)鍵在于系統(tǒng)必須是開放的，而且系統(tǒng)內(nèi)有序結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生要靠外界不斷供給能量和物質(zhì)以及負(fù)熵流。
耗散結(jié)構(gòu)理論提出不久，一些人即將其推廣到整個宇宙，認(rèn)為宇宙是一個無限發(fā)展的開放系統(tǒng)，它遠(yuǎn)離平衡態(tài)。由于它不斷吸取負(fù)熵流，因而在宇宙的一些區(qū)域內(nèi)，熵不但沒有增加反而有減少的趨勢。因此宇宙不可能變成完全無序的“熱寂"狀態(tài)。
曾廣為流行的其它觀點(diǎn)
（1）嫡增加原理只對孤立系統(tǒng)成立，目前沒有任何根據(jù)說宇宙是這樣的一個封閉的孤立系統(tǒng)。把在有限時空范圍內(nèi)得到的原理任意推廣到整個宇宙是難以置信的。
（2）對整個宇宙而言，既存在著從有序向無序轉(zhuǎn)化的過程，即嫡增加過程，也存在著無序向有序轉(zhuǎn)化的過程，即嫡減少過程。因此，耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為宇宙在歷史的長河中，嫡只是在不斷地增加的結(jié)論，是沒有什么根據(jù)的。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，對于非孤立系統(tǒng)，嫡的變化可以形式地分為兩部分。一部分是由于系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆過程引起的，叫做嫡產(chǎn)生，用dis 表示。另一部分是由于系統(tǒng)和外界交換能量或物質(zhì)而引起的，叫做嫡流用des 表示。所以整個系統(tǒng)的嫡變化是ds = dis + des 一個系統(tǒng)的嫡產(chǎn)生永遠(yuǎn)不可能是負(fù)的，即總有dis ≥0，對于孤立系統(tǒng)，由于des =0，所以ds = dis >0，這就是嫡增加原理的表達(dá)式。
但對于非孤立系，視外界的作用不同，嫡流des可正、可負(fù)。如果des<0，且ldesl > dis ，就會有ds =dis + des <0，這表示經(jīng)過這樣的過程，系統(tǒng)的嫡會減小，系統(tǒng)就由原來的狀態(tài)進(jìn)人更加有序的狀態(tài)。這就是說，對于一個封閉系統(tǒng)或開放系統(tǒng)存在著由無序向有序轉(zhuǎn)化的可能。為此《紐約時報》曾于1980年發(fā)表特稿，宣稱伊利亞·普里高津的耗散理論幫助人類解決了一項(xiàng)科學(xué)上最擾人的似是而非的問題。然而，盡管這種理論具有很廣的應(yīng)用范圍，但對于整個宇宙來說，由于缺乏明確的物理圖象和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)而不被天體物理學(xué)界所認(rèn)可。
（3）嫡增加原理的嚴(yán)格表述是：“一個熱力學(xué)系統(tǒng)從一個平衡態(tài)出發(fā)，經(jīng)過絕熱過程，到達(dá)另一個平衡態(tài)，它的嫡不減少。”這里很重要的一點(diǎn)是，體系在過程的開始和過程的終了都處在平衡態(tài)。而對于宇宙來說，在目前知識所及的歷史年代里，宇宙一直處于遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)之中。因此，說歷史年代中宇宙的嫡不斷增加是沒有根據(jù)的。
哲學(xué)上的爭論
由于“熱寂說"涉及到宇宙未來和人類命運(yùn)等重大問題，因而也引起了哲學(xué)尤其是馬克思主義哲學(xué)的深刻關(guān)注。
“熱寂說”剛剛提出，恩格斯就于1869年3月21日寫信給卡爾·馬克思，“既然這種理論認(rèn)為現(xiàn)在世界上轉(zhuǎn)化為其它各種能的熱能的數(shù)量日益超過可以轉(zhuǎn)化為熱能的其它各種能的數(shù)量，那么，作為冷卻的起點(diǎn)的最初的熾熱狀態(tài)自然就絕對無法解釋，甚至無法理解，因此，就必須設(shè)想有雅威存在了。牛頓的第一推動力變成了第一熾熱。”1875~1876年恩格斯在《自然辯證法》中用能量守恒與轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)對熱寂說作了分析：“運(yùn)動的不滅不能僅僅從數(shù)量上去把握，而且還必須從質(zhì)量上去理解”根據(jù)這一原則，他有如下的信念：“放射到太空中去的熱一定有可能通過某種途徑（指明這一途徑，將是以后自然科學(xué)的課題）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動形式，在這種運(yùn)動形式中，它能夠重新集結(jié)和活動起來。”
最終結(jié)局未可知
大爆炸宇宙模型
20世紀(jì)六、七十年代以后，“大爆炸"宇宙模型逐漸得到天體物理學(xué)界公認(rèn)，成為“熱寂說"爭論史上一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1948年，美籍俄裔物理學(xué)家伽莫夫（G.Gamow）和他的同事提出了一個“大爆炸”的宇宙理論。1994年10月，《科學(xué)美國人》雜志以“宇宙中的生命”為主題推出專刊，全面介紹了大爆炸宇宙模型。該理論認(rèn)為，宇宙大約是在100～200億年以前，從高溫高密的物質(zhì)與能量的“大爆炸"而形成。隨著宇宙的不斷膨脹，其中的溫度不斷降低，物質(zhì)密度也不斷減小，逐漸衍生成眾多的星系、星體、行星等，直至出現(xiàn)生命。大爆炸宇宙理論得到了三個強(qiáng)有力的直接證據(jù)的支持，即哈勃紅移、氦元素豐度和3K微波背景輻射。
熱寂說是以宇宙整體正在從非平衡趨于平衡的結(jié)論為前提的。然而近代宇宙論的研究和觀測表明，宇宙起源于150億年前“原始火球”的一次大爆炸，大爆炸之后宇宙一直在膨脹。它不是趨于平衡，而是越來越趨于不平衡。目前宇宙中發(fā)生的正是這種情況。2011年諾貝爾物理學(xué)獎的研究即是通過對Ia型超新星測距發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹是加速的。該項(xiàng)成果揭示了暗能量的存在，動搖了宇宙學(xué)理論的根基，為人類從整體上研究宇宙提供了新視角。
引力作用
另一方面，宇宙膨脹的原因是由于引力的作用。有引力作用的熱力學(xué)與無引力作用的熱力學(xué)得出的結(jié)論完全不同。在不考慮引力的經(jīng)典熱力學(xué)中，加熱則體系升溫，冷卻則體系降溫，熱容量是正值。而在一個自引力體系中情況剛好相反，加熱則體系變冷，放熱則體系升溫，熱容量是負(fù)值。而負(fù)熱容物體的存在對于熱力學(xué)來說具有根本性的影響。在一個體系中，如果同時存在著正熱容物體和負(fù)熱容物體，那么這個體系就具有極大的不穩(wěn)定性。稍有擾動，平衡就會徹底遭到破壞而產(chǎn)生溫差。只要有自引力體系存在，原則上就不存在穩(wěn)定的熱平衡，而宇宙間的天體或天體系統(tǒng)大多數(shù)正是這種自引力系統(tǒng)。盡管自引力系統(tǒng)中熵是增加的，但由于沒有熱平衡，因而熵的增加是無止境的，永遠(yuǎn)都沒有極大值。
因此，熱平衡的存在對整個熱力學(xué)是至關(guān)重要的，熱平衡是熱力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)。而對于引力起決定作用的體系，實(shí)際上不存在熱力學(xué)意義上的熱平衡態(tài)，而是不穩(wěn)定的狀態(tài)。這種現(xiàn)象在靜態(tài)宇宙模型中是不可能發(fā)生的，也是開爾文和魯?shù)婪颉た藙谛匏?/a>等人沒有考慮到的。
最終結(jié)局未可知
總之，熱寂說的要害在于未考慮宇宙的膨脹和引力效應(yīng)。隨著宇宙的膨脹，輻射與粒子溫度下降速度的不同，即使原來溫度相同的系統(tǒng)也會因?yàn)檩椛渑c粒子溫度下降速度不同而形成溫度差，這同熱力學(xué)第二定律的結(jié)論不同。此外，在宇宙系統(tǒng)中，引力起著重大作用，且涉及范圍愈大，引力的作用就愈大。在一定范圍內(nèi)，會出現(xiàn)彌散物質(zhì)的聚集現(xiàn)象，宇宙中的星系很可能就是這樣形成的。這是與熵增加原理不同的物理過程。
當(dāng)然，目前一切都是假說，宇宙的最終結(jié)局尚未可知。
最新研究
對于宇宙膨脹的研究，證明了宇宙熱寂是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此有關(guān)宇宙膨脹的最新研究帶來了進(jìn)一步的證據(jù)和新的理論。
黑洞理論和銀河系中心黑洞的發(fā)現(xiàn)
2020年10月6日諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給為黑洞和超大質(zhì)量致密天體做出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家，英國牛津大學(xué)羅杰·彭洛斯（Roger Penrose）教授，德國馬普地外物理研究所萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）教授和加州大學(xué)洛杉磯分校安德里亞·格茲（Andrea Ghez）教授。其中，彭羅斯教授發(fā)現(xiàn)黑洞形成是對廣義相對論的有力預(yù)測；根澤爾教授和格茲教授在銀河系中心發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量致密天體。
銀心黑洞的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)和天文學(xué)中里程碑式的進(jìn)展，它極大地激勵了對超大質(zhì)量黑洞的研究興趣。首先，超大質(zhì)量黑洞作為星系的一部分如何與星系之間相互作用并對星系的演化起著極為關(guān)鍵的作用；第二，它作為宇宙學(xué)探針，將對丈量宇宙和膨脹歷史發(fā)揮關(guān)鍵作用，進(jìn)而對探測暗能量物理性質(zhì)起到重要的推動作用；第三，作為引力波探測的下一次突破，引力波源及其納赫茲引力波的物理性質(zhì)均需要GRAVITY/VLTI和反響映射獨(dú)立測量雙黑洞的軌道參數(shù)之后才能得到觀測檢驗(yàn)。
他們分別從理論和觀測上提供了令人信服的證明和證據(jù)。他們的工作打開了理解宇宙中大質(zhì)量天體命運(yùn)的窗口，為揭開宇宙膨脹歷史、暗能量宇宙演化性質(zhì)、納赫茲低頻引力波等諸多謎團(tuán)提供了十分強(qiáng)大的工具。
等離子天體物理學(xué)與現(xiàn)代等離子體宇宙觀
大爆炸宇宙模型雖然存在許多待解之謎，但是由于受到宇宙膨脹、背景輻射以及宇宙元素豐度這3大觀測現(xiàn)象的有力支持，已經(jīng)成為最廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型。
阿爾文甚至認(rèn)為，空間等離子體測量結(jié)果向其他宇宙等離子天體的外推，將帶來天文學(xué)的第3次革命。天文學(xué)的第1次革命是基于400多年前伽利略望遠(yuǎn)鏡觀測和艾薩克·牛頓引力理論相結(jié)合帶來的從地心說到日心說的革命性轉(zhuǎn)變，并進(jìn)而確立了以牛頓萬有引力理論為基礎(chǔ)的穩(wěn)恒均勻靜態(tài)宇宙觀。
第2次革命是基于上世紀(jì)初有關(guān)天體紅移現(xiàn)象的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡膨脹觀測與相對論、量子論的結(jié)合帶來的從靜態(tài)穩(wěn)恒宇宙觀到動態(tài)演化宇宙觀的重大轉(zhuǎn)變，其核心是確立了關(guān)于宇宙奇點(diǎn)大爆炸后從基本粒子到結(jié)構(gòu)形成的物質(zhì)創(chuàng)生過程和宇宙膨脹演化過程的大爆炸膨脹宇宙觀。
而這一次革命，則是基于空間衛(wèi)星實(shí)地探測和等離子天體物理學(xué)的結(jié)合，進(jìn)而確立新型的等離子天體宇宙觀，其中構(gòu)成宇宙物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單元是由于金斯引力不穩(wěn)定性和電磁力共同作用下形成的具有各種不同尺度的等離子天體“細(xì)胞”，而行星、恒星和星系、星系團(tuán)等局部引力中心則是相應(yīng)尺度上等離子天體“細(xì)胞”的“心臟”，“細(xì)胞壁”就是相應(yīng)等離子天體與周圍宇宙星際環(huán)境相互作用的邊界層，鏈接“心臟”和“細(xì)胞壁”的等離子天體電流系統(tǒng)就是“細(xì)胞”內(nèi)流動的“血脈”，那些充滿局部行星際、星際和星系際、星系團(tuán)際宇宙空間的等離子體及其湍動波就是相應(yīng)“細(xì)胞”的“肌肉”。因此，在這個新型的等離子體宇宙觀中，宇宙的結(jié)構(gòu)不再是一顆顆彼此分立、能夠幾乎穩(wěn)恒地發(fā)光的孤立星體，而是具有各種不同尺度、有血有肉、相互關(guān)聯(lián)的、活動的有機(jī)“細(xì)胞”。而且，小尺度的“細(xì)胞”可以通過“血脈”的鏈接組成更大尺度的“細(xì)胞”，而整個可觀測宇宙很可能就是一個膨脹中的大“細(xì)胞”。
伴隨人類空間時代的到來，由地球磁層和日球?qū)涌臻g等離子體實(shí)地探測研究引起的第3次天文學(xué)革命，也給天體物理學(xué)、特別是等離子天體物理學(xué)提出了一系列挑戰(zhàn)性的重大科學(xué)問題。現(xiàn)代天文學(xué)遇到了兩個理論與觀測之間難以調(diào)和的突出矛盾：“星系質(zhì)量短缺”和“宇宙加速膨脹”。一種廣泛流傳的觀點(diǎn)認(rèn)為，除了可觀測物質(zhì)以外，宇宙可能還存在有大量只參與引力相互作用而不參與電磁相互作用的所謂“暗物質(zhì)”與“暗能量”。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們對“以太”和“黑體譜”的孜孜以求，結(jié)果雖然從邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)中，已證實(shí)“以太”的不存在，但卻導(dǎo)致了相對論和量子論的建立，對現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。類似地，對“暗物質(zhì)”和“暗能量”的持續(xù)探索，或許也將催生當(dāng)代天文學(xué)革命性新理論的出現(xiàn)，對等離子天體物理學(xué)的發(fā)展、尤其是等離子體宇宙觀的確立做出重要貢獻(xiàn)。
文化影響
熱寂說在社會上引起了巨大反響，美國歷史學(xué)家亨利·亞當(dāng)斯（Henry Adams）認(rèn)為正是熱寂說帶給19世紀(jì)所特有的低落情緒和對社會進(jìn)步的失望情緒，還給一些作家?guī)砹艘环N宇宙熱死亡的憂郁心態(tài)。美國物理學(xué)史家霍爾頓認(rèn)為造成社會崩潰和環(huán)境衰退，作家沉湎于世界末日的悲觀情緒，是由于熵的增加意味著更大的無秩序和混亂!”
英國詩人阿爾加儂·斯溫伯恩（Algernon Charles Swinburne）用他的詩描述宇宙熱寂：
不論是星星還是太陽將不再升起，
到處是一片黑暗，
沒有溪流的潺潺聲，
沒有聲音，沒有景色，
既沒有冬天的落葉，
也沒有春天的嫩芽，
沒有白天，也沒有勞動的歡樂，
在那永恒的黑夜里，
只有沒有盡頭的夢境。
參考資料 >
熱寂(heat death).國家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心 .2023-09-28
On the Age of the Sun’ s Heat.zapatopi.net.2023-09-28
諾貝爾物理學(xué)獎.THE NOBEL PRIZE .2023-08-08