混沌宇宙中涌现的秩序

2/21/2022

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"The physical world, all of it, only ever has one destination: equilibrium" - Helen Czerski

熵象征着封闭系统的无序程度,热力学第二定律指出,一个封闭系统的熵只会增加不会减少。宇宙正是一个封闭系统,随着时间的流逝,宇宙最后会达到平衡状态而陷入死寂,因为再也没有能量可供利用。

但这跟我之前理解的大爆炸模型产生了冲突,大爆炸初期,整个宇宙由一大片均匀的炙热气体构成,随着宇宙不断降温,形成了各种各样的恒星和其他天体。宇宙作为一个密闭系统熵应该是不断增加的,为什么能从混沌中自发的产生秩序呢?就像封闭盒子中的气体自发聚集成固体一样不可思议。

这一切都归根于引力。气体分子间的引力可以忽略,它们均匀分布时整个系统熵最高,但宇宙中大质量物质之间的引力却无法无视。大爆炸后的宇宙不断扩张,气体的温度随之下降,因为偶然局部气体分布不均,某些地方密度较高,就借着引力吸引了更多物质,更多物质又导致了更强的引力,这一系列正反馈塑造了目前的宇宙——物质集中于明亮星球构成的星系以及中间广阔的虚空,但宇宙的熵依旧在不停的增加中。

我们生存的这个秩序井然的世界很可能是因为混沌中那一丝偶然的扰动导致整个系统偏离了平衡,从而涌现出来。