永不下車 第一〇七章 膨脹

    年齡一百四十億年的宇宙，卻有四百六十億光年的半徑，這的確很奇怪。筆神閣 www.bishenge。com

    如果宇宙的年齡僅有一百四十億年，按大爆炸理論的說法，宇宙又是誕生自密度無窮大的奇點，那麼，今天的宇宙怎可能有四百六十億年的半徑，難道說，宇宙非但在持續膨脹，這膨脹的速度，還會快過宇宙中公認最快的物理現象——光，這可能嗎。

    按一般意義的理解，物質要超過光速，就是笑談，但宇宙膨脹的速度恰恰就是如此。

    超光速膨脹，為什麼宇宙膨脹的速度可以超越每秒299792公里，方然倒有一些認識，這是因為宇宙的膨脹，並非通常意義上的天體互相遠離——也就是天體自身的運動，而是這些天體所處的時空本身在擴張。

    時空的擴張，或者說，運動，顯然和一切客觀存在的物質不同；

    不受光速上限的約束，也不奇怪。

    從宇宙大爆炸一直到今天，一百四十億年來，宇宙本身始終在以超越光速的速度向外擴張，這種事，哪怕物理專業的學生都不太容易摹想，而時常會發出「宇宙在哪裡擴張，宇宙之外是什麼」的怪異詰問。

    這些問題，教師們的解答千篇一律，方然也沒空去深究。

    他只知道，所謂「宇宙之外」，

    本身就是一種毫無意義的表述。

    不管這所謂的「宇宙之外」到底想表達什麼意思，那種存在，顯然已超越了人類的觀測和分析手段，是窮盡任何構想也絕對無法接觸的，事實上根本就不存在的東西。

    某種意義上，正與「針尖上的天使」大致仿佛，不管圍繞這定義如何思考，辯論，本質上都是在假想風車，然後對著空氣揮動矛槍。

    總而言之，宇宙，目前呈現一種減速膨脹，持續擴張的面貌，這就夠了。

    跟隨理察*費曼的思路，讓方然確信，至少按目前的科學觀測來看，宇宙步入「大擠壓」的可能性幾乎不存在。

    即便這樣的表述，對一個意在永不下車的人來講，是否足夠保險，還不好說，但和莫須有的回歸奇點相比，另外一種結局：熱寂，出現的概率卻大得多，於是他用插話的方式提醒費曼，他們正討論的並非天文，而是熱力學定律描繪的宇宙圖景。

    「啊，關於『熱寂』，這是熱力學定律的直接推論；

    但很遺憾，關於宇宙終將變為一片死寂，熵增加到最大、再也無法提升的設想，是片面的。」

    注意到方然的表情變化，教授略感疑惑。

    說起來，這學生為什麼對宇宙、熱寂這些概念如此關注，甚至還「如釋重負」呢。

    格外專注的眼神，在很多物理系的學生眼中都見不到，莫非他是一個業餘物理愛好者不成，最好別，那種人可真是難纏得很：

    「用熱力學定律，推導出宇宙的暗淡結局，這可一點也不有趣。

    問題在於，正如我們剛剛還在討論的，分析宇宙的演化，就不能忽略一個非常關鍵的事實：

    宇宙膨脹。

    熱力學定律，哦，這裡主要是指第二定律，本身是很簡單：

    『在孤立系統中，熱量只能從高溫物體轉移到低溫物體，而無法自發的逆向轉移』，表現在系統的熵值上，只能增大，而絕對無法自行減小；

    道理是這樣沒錯，但，年輕人；

    你還記得物理課本上『孤立系統』的定義嗎。」

    「孤立系統……」

    和孤立系統有什麼關係呢，方然隨口便答，這些基礎概念他很紮實：

    「定義上講，是一類與外界不存在任何物質、或能量交換的系統，在分析熱力學問題時，孤立系統無需考慮外界的影響。」

    「正是如此。

    在一百多年前，路德維希*玻爾茲曼先生在研究時，就敏銳的指出，熱力學、統計物理學的研究前提，必須對系統進行精確的分類；

    熱力學第二定律的所謂『熱寂』，很明顯，只對孤立系統才成立，但是……」

    「但是，宇宙本身，難道不是一個孤立系統嗎。」

    孤立系統，和許許多多的物理概念一樣，都是憑空設想、而非真實存在的物理模型，不過方然記得，物理教師的確說過，根據人類現有的認識，可以把宇宙看成一個孤立系統，因為在不斷膨脹的宇宙之外，「什麼也沒有」。

    宇宙以外，什麼都不存在，這看似十分符合孤立系統的定義。

    中學時代的物理教育，不甚系統，進入伯克利後一直學習的物理，也偏重於實用，方然對「宇宙是孤立系統」的認識也沒有更新，直到現在，藉由理察*費曼之口，他才忽然間意識到，熱力學定律並不能直接套用到所謂「孤立」的宇宙身上。

    「是的，將宇宙看做一個孤立系統，這並沒有問題。

    但、年輕人，你就沒考慮過，這孤立系統的行為和書本上描述的大有區別、並不適用熱力學第二定律嗎？

    原因很淺顯，這系統，它的空間尺度可是一直在變化的，因為時空本身，就來自於宇宙大爆炸、和其後的持續膨脹啊。」

    「是……是這樣嗎。」

    一語中的，方然的知識儲備讓他理解了費曼教授的思路，皺眉思考片刻，好像還真的是這樣。

    宇宙，和理想情況下的孤立系統，區別究竟在哪，在於宇宙本身就蘊含著時空的概念：持續膨脹的宇宙，雖然與未可知的外界沒有任何物質、或能量的交換，本身占據的空間卻越來越大，其行為，也必然與尋常的孤立系統迥異。

    一般意義上的孤立系統，定義上，著眼的是物質和能量。

    至於體積上的改變，倒不是無法研究，而是萬變不離其宗，並不影響熱力學的結論。

    譬如氣缸，其容積可以隨活塞的運動而變，進而導致整個系統的熵變化，當容積擴大時，從氣缸空間的總體上考慮，熵值的上限，顯然會因為空間的增大而提高。

    但這種變化，早晚會往復循環，一次次回到起點，容積持續擴張、趨勢永遠不變的氣缸是荒謬的。

    但宇宙，卻恰恰就是如此。