推迟宇宙的热寂——《华尔街日报》

插图：托马斯·瓦伦塔诺贝尔奖与邓普顿奖得主、物理学家弗兰克·维尔切克探索宇宙奥秘。阅读往期专栏请点击此处。

今年夏天一个酷热的日子，我在晨泳时思绪飘向了另一种版本的"气候变化"：宇宙的"热寂"。讽刺的是，尽管这仍是宇宙历史可能走向的结局，但比起我们日益变暖的地球，这个话题反而没那么令人焦虑。

热寂概念随着19世纪热力学科学的发展而出现。其核心理念很简单：物理系统倾向于趋向平衡。例如热量会从高温物体流向相邻的低温物体，前者降温后者升温，直至两者达到相同的中间温度，此后不再发生热交换。

通过能量注入可以推迟最终平衡与静态的到来，但只是暂时的。引擎可以加油，生物可以进食，电池能够充电；但引擎会磨损，生物终将死亡，电池也会耗尽电力。

这些常见现象在热力学科学中被概括并深化。热力学的巅峰是其所谓的"第二定律"——鲁道夫·克劳修斯于1865年首次用数学公式表述——该定律指出衡量无序度的熵值会随时间增加，独特结构将逐渐消解。无特征的平衡态是熵值最大的状态，第二定律正推动我们朝此方向前进。

第二定律那不可抗拒的逻辑，长远来看终将导向一个平淡无奇、万物凝滞的宇宙——即热寂状态。现代物理宇宙学已为这一结论提供了详实依据。引力渴望物质聚集，但在宇宙初期物质分布极度均匀，导致引力严重失衡。随着时间推移，引力通过将气体云凝聚成恒星等方式不断寻求平衡。恒星内部的高密度高压环境点燃了核燃料。

核聚变释放热量，为动态宇宙提供动力。但这只是暂时的喘息。数百亿年后，所有恒星都将耗尽燃料而熄灭。

我们的遥远后裔，或宇宙中其他智慧体，可能有几种方式对抗热寂。以下是我游泳时想到的一些构想：

首先，可能存在比恒星更彻底的物质燃烧方式。恒星仅重组质子和中子而不改变其总量，若能燃烧这些粒子将释放数百倍能量。另一种（勉强）可想象的燃料是"暗物质"——虽然目前人类尚不知其本质，但宇宙中储量丰富。

其次，未来工程师或能操控行星或死亡恒星进行受控碰撞，汲取撞击释放的能量。

第三，未来智慧生命或许能在极低功耗下运行。近期关于可逆计算机、量子计算机和时间晶体的理论研究表明，维持运算进程（或至少保持运转）所需的能量没有下限。

第四，由于我们并不真正理解是什么引发了宇宙大爆炸，可以想象有朝一日我们或许能设计出类似的过程，从而让宇宙重获新生。

这是场畅快的思维遨游。我通过构想充满美好愿望的技术解决方案和适应性措施来拯救宇宙，这个过程充满乐趣。宇宙中意识的长期未来虽然渺茫，但不必过分悲观。

遗憾的是，当我从思维之湖上岸时，现实世界比之前更加灼热。此时此刻在地球上的局势严峻至极——尽管或许尚未到完全绝望的地步。

本文发表于2022年9月3日印刷版，原标题为《延缓宇宙热寂》