邓昭镜 彭加莱根据Hamiltonian原理导出的刘维方程论证了如下命题：一个相互作用的有限系统，它的态局限于相空间有限区域内，

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彭加莱根据Hamiltonian原理导出的刘维方程论证了如下命题：一个相互作用的有限系统，它的态局限于相空间有限区域内，那么对系统的任何给定态，系统将在一个有限时间内，以给定的准确度接近并经过给定态，这就是彭伽莱周期.这个命题只不过是玻尔茨曼关于熵的几率表示S=klnW的另一表述而已.的确，热力学第二定律是一个统计性规律，它在本质上表征着系统恒有趋向几率最大的状态的趋势，从而确定了系统发展的方向性.但是这条定律并没有说处于任意给定的小几率态，系统不能在发展中再次达到，只是说再次达到的几率很小而已.


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Entropy

熵_克劳修斯熵_对“热寂说”的科学真相的探索

对“热寂说”的科学真相的探索


热寂说，从物理学的角度预见了世界末日的到来.这一学说引发了19世纪欧美的消极悲观情绪，影响十分巨大，许多学者对此提出了各种批判，但都缺乏说服力. [[i]]

在批评“热寂说”的各种观点中，有两种观点影响最大，也最普遍。一种观点认为，热力学第二定律是从有限世界得来的，因而不能应用到无限的宇宙上。如丹皮尔(W . Dampier)在其《科学史及其与哲学和宗教的关系》一书中就认为，“把热力学原理应用于宇宙理论，其有效性是可疑的。把从这样有限的例证中推出来的结果，应用到宇宙上去，是没有道理的，即令过去利用这些结果去预言有限的独立的或等温体系的情况很有成效”，另一种观点则直接否认宇宙是一个“孤立系”。实际上，这两种观点本身是相互关联的，都预先设定了宇宙是一个“无限的”“非孤立系”的前提。并且一再企图证明，宇宙是漫无边际的物质，各个部分都是相互联系的，宇宙之外还有宇宙，因而不存在孤立部分。[[ii]]

何祚庥为，这些论证都不能证明人们永远不能把无限宇宙当作一个统一整体来把握。况且，今天的科学还不能证明宇宙是否无限。因此，这种说法并不能驳倒“热寂说”。[[iii]]

另一方面，认为从孤立系中得出的第二定律不能推广到无限宇宙去的论证，从逻辑上看也是不严密的。小范围内的自然规律外推到大范围在逻辑上并不必然错误，科学史上就有大量这样外推的先例，如绝对零度概念、热力学第一定律以及模型方法等。既然能把热力学第一定律作为证明辩证唯物主义关于世界普遍联系的根本规律推广到整个宇宙，那么又为什么不能将第二定律作同样的推广呢?事实上，热力学第一定律也没有在无限的条件下做过实验。必须承认，任何实践活动都是在有限的范围内取得的，把由此得出的结论外推不但是经常的，而且是必需的，甚至在处理复杂对象时是最有效的方法。因此，这种说法从逻辑上看也是不能驳倒“热寂说”的。[[iv]] 其次，我们承认字宙中存在着质量守恒定律和能量守恒定律，也就是说宇宙的质量是个常量，能量是个常量，那么，宇宙就是一个孤立系统。孤立系统的熵永不减少，这似乎是基于严谨科学证明的结论。看来，要解决热寂问题，还要靠严谨的科学论证。[[v]]

也有人认为，外推第二定律之所以受到如此之多的责难，首先是因为人们认为它否定了马克思主义关于发展的辩证法，其次是因为它本身“不合希望”性，是一条带有悲观色彩的定律，人们主观上希望它最好受到某种“制约”。(这种说法有点类似于莫诺的观点)。[[vi]]

此外，中国和苏联也对“热寂说”进行过大规模的批判。但这些争论基本上都是意识形态之争。[[vii]]



麦克斯韦妖


首先对“热寂说”提出诘难的是麦克斯韦(J. Maxwell)。[[viii]]

与麦克斯韦佯谬有关的还有后来洛歇密(Loschmid)提出的“可逆佯谬”和赛密罗(E . Zermelo )提出的“再出现佯谬”等都对单向不可逆性和热力学第二定律提出了挑战，实际上也是对“热寂说”提出了挑战。[[ix]]

这个理想实验显然是不能实现的理想实验.因此，它在实际上起着反证热寂论的作用.[[x]]



运动不灭论


这是一种简单的哲学理论，其典型的表述为：既然粒子都是永恒运动的，那么，就不可能设想由这些运动的粒子构成的体系反面会处于绝对不变的状态之中。其错误的关键是把运动和发展两个概念混同了。运动有两种类型：一类是非发展的、循环往复的、重复的、可逆的，如行星、钟摆等；一类是发展的，非循环的、非重复的、不可逆的，如生物的演化。而热寂说恰恰是一种非发展的运动。热力学第一定律是关于运动不灭的原理，热力学第二定律是关于发展方向的规律，前者并不否定后者的热死。[[xi]]



涨落说


在“热寂说”提出后的数十年中，对其构成最大挑战的科学假说是波尔兹曼(L. Boltzmann)的“涨落说”。波尔兹曼在对气体分子运动的研究中，最先对熵增加进行了统计解释。按照这种解释，热平衡态附近总存在着偶然的“涨落”现象，这种涨落现象并不遵从热力学第二定律。由此，波尔兹曼将气体分子运动论的观点推广到宇宙中，认为整个宇宙可以看成类似在气体状态的分子集团，围绕着整个宇宙的平衡状态则存在着巨大的“涨落”。即使在与整个广延的宇宙相比极其渺小的恒星系和银河系中，在短时期内也存在着这种相对的热平衡附近的“涨落”。按照这种假说，宇宙就必然会由平衡态返回到不平衡态。在这个区域，熵不但没有增加，而且是在减少。因此，宇宙也就不可能产生“热寂”。[[xii]]

波尔兹曼的“涨落说”曾广泛流传，许多人都把它作为反对“热寂说”的新发现。但天文学观测表明，至今没有任何有说服力的证据证明现在的宇宙是处在热平衡态并存在着上下“涨落”。由于缺乏事实依据，“涨落说”并没有真正从科学上解决宇宙“热寂”的问题。而且从逻辑上看，波尔兹曼的“涨落说”实际上是把宇宙“热寂”已经放在他的前提中了。因为他首先承认“涨落”是在平衡态附近发生的。而对于任何“涨落”，不论它有多大，最后必然会消失，重新回到平衡状态。尽管后来一些物理学家，如莱辛巴赫(H. Reihenbach) 等发展了玻尔兹曼的思想，把时间增加的方向作为熵增加的方向，并进一步指出了宇宙中存在着熵的涨落现象，但由于同样缺乏观测证据支持而最终放弃。[[xiii]]

玻尔茨曼在承认热寂论的前提下提出宇宙小涨落论，这个理论指出，鉴于宇宙无限大，即使宇宙已进入热寂态，但由于不断地、频繁地产生小涨落，可以使宇宙中地球，甚至太阳系线度区域进入非平衡的熵减状态，在有限时间内这个非平衡的小宇宙系统可以展开丰富多样的物质运动和结构.宇宙的/小涨落保证了宇宙永恒的生命.这个理论之所以不能批判/热寂论，是因为它是以热寂论作为它立论的前提.更重要的是小涨落只能维持在适当条件下既定的恒星!行星的各类运动，但是它不能产生星云，星际云和恒星星团这些大规模的宇宙结构，因此这个理论或者在承认这些大规模的宇宙结构是生来就有的，或者在承认它们是由万能的造物主创造的. [[xiv]]



耗散结构理论


20世纪60年代以来，以普里高津( I . Prigogine)为首的布鲁塞尔学派在研究非平衡态热力学和统计物理学的过程中，找到了开放系统由无序状态转变为有序状态的途径，提出了耗散结构理论。这一理论曾被一些人用来反对“热寂说”。[[xv]]

所谓“耗散结构”是指一种远离平衡态的有序结构。根据热力学第二定律，系统处在热平衡态就是有最大的混乱度，此时熵值达到最高，系统即出现所谓“热寂”。而有序结构的出现即意味着熵的降低，系统便可“起死回生”。这显然与热力学第二定律相悖。如生命的发生和物种的进化等，都是从低级到高级、从无序到有序的变化，是一个熵不断降低的过程。耗散结构理论解决了这个问题。它认为关键在于系统必须是开放的，而且系统内有序结构的产生要靠外界不断供给能量和物质以及负熵流。[[xvi]]

耗散结构理论提出不久，一些人即将其推广到整个宇宙，认为宇宙是一个无限发展的开放系统，它远离平衡态。由于它不断吸取负熵流，因而在宇宙的一些区域内，熵不但没有增加反而有减少的趋势。因此宇宙不可能变成完全无序的“热寂”状态。《纽约时报》曾于1980年发表特稿，宣称普里高津的耗散结构理论帮助人类解决了一项科学上最扰人的似是而非的问题。然而，尽管这种理论具有很广的应用范围，但对于整个宇宙来说，由于缺乏明确的物理图像和实验基础而不被天体物理学界所认可。[[xvii]]

一百多年来，许多杰出的科学家都为解决宇宙“热寂”这一世界性疑案呕心沥血，提出了各种宇宙模型和假说，其中有一些是没有“热寂”的模型，如托尔曼( P. Tolman)的相对论热力学中就已经没有了“热寂”，但由于这些假说或模型存在着理论上不可克服的困难和缺乏宇宙观测事实的支持，最终都没有对“热寂说”构成威胁。这种情况一直延续到20世纪六、七十年代以后曾经沉寂的大爆炸宇宙论再度兴起。而这正是本文在最后要详细讨论的问题。



马克思主义哲学的思考


由于“热寂说”涉及到宇宙未来和人类命运等重大问题，因而也引起了哲学尤其是马克思主义哲学的深刻关注。一百多年来，恩格斯对“热寂说”的批判产生了深远的影响。在解释恩格斯反对热力学第二定律和“热寂说”的原因时，法国生物学家、哲学家莫诺(J. Monod)曾经指出，“恩格斯因为看到热力学第二定律将危及人类以及人类的思维活动是宇宙演化的必然产物这一带有必然性的规律，所以他感到非反对它和否定它不可。在《自然辩证法》的导言中，他就是这么说的；而且他还直接从这个命题转到了热情洋溢的宇宙论预言，预示着如果不是现在的人类，无论如何也有思维能力的精神将永恒地反复地再现”。[[xviii]]

实际上，“热寂说”刚刚提出，恩格斯就在1869年3月21日致马克思的信中指出，“这种理论认为，世界愈来愈冷却，宇宙中的温度愈来愈平均化，因此，最后将出现一个一切生命都不能生存的时刻，整个世界将由一个围着一个转的冰冻的球体所组成。我现在预料神父们将抓住这种理论，把它当作唯物主义的最新成就”，用来作为“必须设想有上帝存在”的论证，而这种论证实质上是与辩证唯物论背道而驰的。[[xix]]

1873年，恩格斯开始写作《自然辩证法》，在为该书准备资料的过程中，写下了许多批判“热寂说”的札记。由于一些原因，这些言论和札记当时并没有公开发表。50多年后，才随着《自然辩证法》的出版而为人所知。[[xx]]

恩格斯指出，“热寂说”由于断言宇宙中的一切运动都将最后转化为热，因而违反了辩证唯物主义的基本原理—运动不灭原理(它所对应的科学定律是能量守恒和转化定律，即热力学第一定律)，“克劳修斯的第二原理等等，无论以什么形式提出来，都不外乎是说：能消失了，如果不是在量上，那也是在质上消失了。熵不可能用自然的方法消灭，但可以创造出来。宇宙钟必须上紧发条，然后才走动起来，一直达到平衡状态，而要使它从平衡状态再走动起来，那只有奇迹才行。上紧发条时所耗费的能消失了，至少是在质上消失了，而且只有靠外来的推动才能恢复”。在这个分析的基础上，恩格斯联系科学史指出，“作为冷却的起点的最初的炽热状态自然就绝对无法解释，甚至无法理解，因此，就必须设想有上帝存在了。牛顿的第一推动就变成了第一炽热”。恩格斯认为，这是历史的又一次重演，克劳修斯就这样像牛顿一样从形而上学滑向了唯心主义。[[xxi]]

恩格斯以唯物辩证法的观点进一步指出，运动不灭的原理应该从量的不灭和质的不灭两方面来理解，只有这样运动才永远不会丧失其转变为它自身所能达到的各种不同运动形式的能力。因此，“现代自然科学必须从哲学那里采纳运动不灭的原理；它没有这个原理就不能继续存在”。[[xxii]]

恩格斯的这些论断实际上是辩证唯物主义思想在自然科学领域的直接应用，然而却引来了不少反对。[[xxiii]]

最著名的莫过于莫诺的责难。他将唯物辩证法斥之为“万物有灵论的设想”的“翻版”，并说，“这种解释同科学不仅是风马牛不相及，而且是跟本不相容的。尽管如此，那些用了连篇废话大讲其‘空头理论’的辩证唯物主义者，还是经常企图用他们的想法来指导实验科学的发展。恩格斯本人虽然很熟悉他那个时代的科学，却以辩证法的名义拒绝了当时的两大发现：热力学第二定律和自然选择学说(尽管他很钦佩达尔文)”。[[xxiv]]

然而，恩格斯事实上看到宇宙“热寂说”疑难的极其复杂性，认为仅仅依靠运动的数量是无限的(即不可穷尽的)这样一个一般的哲学命题，对解决这个问题是没有什么帮助的。因而，“只有指出了辐射到宇宙空间的热怎样变得可以重新利用，才能最终解决这个问题”，并由此提出了如下的假说，“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径(指明这一途径，将是以后自然科学的课题)转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。因此，阻碍已死的太阳重新转化为炽热的星云的主要困难便消失了。” [[xxv]]

显然，恩格斯在这里明确指出了应该用哲学上的运动不灭原理和未来自然科学的发展来解决散失到太空中的热变成了什么这个问题，强调了哲学与科学的结合，既肯定了哲学的指导作用，又否定了哲学的代替作用。[[xxvi]]

也有观点认为，用运动不灭原理来拯救宇宙“热寂”在哲学上是“错误的”。错误的关键是混淆了运动和发展两个概念。运动有两种形式，一种是发展的运动，另一种是非发展的运动。发展的运动是非循环的和不可逆的，如生物的进化；非发展的运动则是循环的和可逆的，如钟摆的震荡。运动不灭原理只能保证宇宙将不停地运动，并不能保证这种运动是发展的。而“热寂”则是一种有运动而无发展的状态，它与运动不灭原理并不矛盾。所以，用运动不灭原理并不能推翻“热寂说”。“在热力学中，运动和发展二者的性质分别由热力学第一定律及第二定律所规定。热力学第一定律就是运动不灭原理。热力学第二定律则是关于发展方向的规律。利用第一定律并不能排除第二定律的热死结论。” [[xxvii]]

那么，是否就此认为应对恩格斯关于“热寂说”的论述进行重新评价呢?这一问题超出了本文讨论的范围，笔者将另外著文进行阐述。[[xxviii]]



彭加勒的理论
继恩格斯后，彭加勒( J. Poincarrs)从科学方法论的角度对“热寂说”提出了尖锐的批评。1890年，彭加勒在《力学原理》一书中指出，任何力学模型只能局限在有限的系统内运动。在这个封闭的系统中，运动从有序开始，经过无序状态，最后必然再回到有序状态即初始状态。因此，与系统组态相联系的既定熵值，为了能回到初始状态就必然要减少。彭加勒认为，“热寂说”的出现是由于它的提出者们采用了当时流行的力学模型法造成的。因此，应在方法论上进行变革，要么承认热力学过程能回到初始状态，要么将热力学模型根本抛弃。[[xxix]]

彭加莱根据Hamiltonian原理导出的刘维方程论证了如下命题：一个相互作用的有限系统，它的态局限于相空间有限区域内，那么对系统的任何给定态，系统将在一个有限时间内，以给定的准确度接近并经过给定态，这就是彭伽莱周期.这个命题只不过是玻尔茨曼关于熵的几率表示S=klnW的另一表述而已.的确，热力学第二定律是一个统计性规律，它在本质上表征着系统恒有趋向几率最大的状态的趋势，从而确定了系统发展的方向性.但是这条定律并没有说处于任意给定的小几率态，系统不能在发展中再次达到，只是说再次达到的几率很小而已.彭伽莱定理证明了只要系统在相空间中局限于有限区域中运动，这个给定态再次通过的几率就不会为零，因此彭伽莱周期与第二定律是一致的，由此可见，彭伽莱周期不可能否定热寂论. [[xxx]]



稳恒态学说


“热寂说”之后，各种关于宇宙起源和生成的理论都试图另辟蹊径，回避与熵理论相联系的“热寂说”。风靡一时的“稳恒态学说”就是其中之一。1948年英国新剑桥学派的霍依尔等三位科学家提出，虽然宇宙是在明显膨胀，熵不断增大，然而却可以通过从“外界”输入负熵来避免热寂。如果这样是可行的话，那么宇宙将永远地持续着，旧的银河系衰竭的同时，新的银河系又形成了，宇宙宛如一架永动机一样不停地运动，永不停息。但是，这一理论却难得永久持续，种种观测和实验表明，它有着不可克服的缺陷。在60年代，天文学家们在探测宇宙中古住今来的所有无线电源时发现，在遥远的过去时代的无线电源要比现在多得多，它说明体系本身在衰减。这一事实对于稳恒态说无疑是致命的打击，然而它却有力地支持了同在20世纪扣年代末提出的另一种以熵理论为基础的宇宙学说—大爆炸理论。[[xxxi]]



大爆炸理论


长期以来，对“热寂说”疑难的回答，无论从科学上看还是从哲学上看似乎都未能切中要害，缺乏说服力，因而一再爆发争论。然而20世纪六、七十年代以后，自从“大爆炸”宇宙模型逐渐得到天体物理学界公认以来，对“热寂说”疑难的讨论发生了根本性的转向，这一时期成了“热寂说”争论史上一个划时代的转折点。[[xxxii]]

1917年爱因斯坦建立了广义相对论，认为宇宙空间具有黎曼几何性质，就是说：时空是弯曲的。一个弯曲的空间既可以是有限的，同时又可以是没有边界和没有中内的。就像地球表面那样，只不过地球表面是二维的弯曲空间而宇宙是四维的弯曲时空。[[xxxiii]]

1922年苏联学者弗里德曼计算出爱因斯坦引力场方程的非定态解。他的理论表明，存在一个临界密度，若现在宇宙的平均密度小于此临界密度，则宇宙是开放的、无限的，它将一直膨胀下去；若现在宇宙的平均密度大于此临界密度，则宇宙起初膨胀，到达一定程度后，将转为收缩。下图显示了动态宇宙的不同前景。 [[xxxiv]]



如果实际平均密度比宇宙膨胀要求的临界密度小，那么由于引力太小不足以抑制宇宙的膨胀，宇宙将继续膨胀。这种宇宙叫作开放宇宙，简称开宇宙。如果实际平均密度比宇宙膨胀要求的临界密度大，那么由于强大引力的存在可使膨胀的宇宙停止下来，并开始收缩(宇宙的坍缩)。这种宇宙叫作闭合宇宙，简称闭宇宙。现实宇宙究竟是开宇宙还是闭宇宙?目前科学技术研究水平尚无法回答。但从可见宇宙物质的平均密度来看，它小于宇宙膨胀临界密度。但是在广衰的宇亩中，还存在着大量的肉眼看不见的“暗物质”，若将宇宙可见物质和“暗物质”加在一起，有可能超过宇宙膨胀临界密度，发生字亩大坍缩。宇宙坍缩到一定程度，又可发生字亩大爆炸，重新开始膨胀。也许我们所处的宇宙已在极高密度和极稀薄密度的状态之间循环了很多次。宇宙很可能是沿着膨胀、收缩、再膨胀、再收缩……，如此循环往复的轨迹演化着。最近的研究表明，即使在膨胀的宇宙中，某些局部区域也可以发生坍缩，从而形成天体。[[xxxv]]



1929年，美国的天文学家埃德温·哈勃通过红移现象证明整个宇宙都处于膨胀之中。既然宇宙有膨胀就必然有一个开头，1948年俄裔美籍物理学家伽莫夫提出了宇宙的大爆炸学说.该理论指出，大约在150亿年前，我们的宇宙无中生有(指时间、空间和物质)，以巨大爆发的形式产生出来，大爆炸宇宙学认为，虽然宇宙不一定是无艰的，但它不是静态的。 [[xxxvi]]

大爆炸理论假设一个密集的能源的大爆炸是宇宙的起源。当这个稠密的能源不断向外膨胀时，它的膨胀速度逐渐减慢，从而形成了银河系、恒星和行星。当这个能源继续膨胀消散时，它越来越失去原来的秩序，最后达到最大值的熵，即达到热寂的热平衡状态。宇宙大爆炸学说符合熵理论，它断言宇宙从有序状态开始，向无序的状态发展。[[xxxvii]] (笔者认为，宇宙在大爆炸之前是下一个无序的状态，大爆炸之后出现有序，是能量和物质在空间的不平衡的造成的有序即非平衡。)

该理论预言了早期宇宙遗留下一个微波辐射背景，氦的宇宙丰度应为23%左右。[[xxxviii]] 后来都被观察所证实。

在大量涌现的介绍大爆炸理论的文献中，特别令人瞩目的是，1994年10月，《科学美国人》杂志以“宇宙中的生命”为主题隆重推出了一期专刊，其中登载了四位著名科学家的综述，全面介绍了当代天体物理学界关于宇宙起源与演化问题的研究成果—大爆炸宇宙模型。该理论认为，宇宙大约是在100-200亿年以前，从高温高密的物质与能量的“大爆炸”而形成。随着宇宙的不断膨胀，其中的温度不断降低，物质密度也不断减小，逐渐衍生成众多的星系、星体、行星等，直至出现生命。[[xxxix]]

宇宙大爆炸理论是20世纪科学研究的重大成就，是基于几十年的创新实验与理论研究的结果。因而获得了科学界的公认，并成为现代宇宙学的标准模型。[[xl]]



理论基础


大爆炸宇宙理论得到了三个强有力的直接证据的支持，即哈勃红移、氦元素丰度和3K微波背景辐射。[[xli]]

1929年，美国天文学家哈勃(E. Hubble)在研究了前人测量的星系距离资料后发现，远星系光谱线的颜色要比近星系的稍红一些。哈勃仔细测量了这种红化，发现它呈系统性变化。而且，星系愈远，光谱线红移愈大。在进一步测定了许多星系光谱中特征谱线的位置后，哈勃证实了这个效应，并指出红移现象的产生是由于星系在退行而使光波变长的结果。由此，他总结出了著名的哈勃定律：星系退行的速度与距离成正比。[[xlii]]

v=H0D ,H0是哈勃常数。[[xliii]]

红移是一种多普勒效应，如离你远去的火车声调会降低一样，光波的频率降低表现为谱线向长波移动。所有的星系都具有光谱红移，表示所有星系都在背离我们而去，人们会很自然地得出宇宙在膨胀的推论。这个重大发现奠定了现代宇宙学—大爆炸理论的的基础。[[xliv]][[xlv]]

支持大爆炸理论的第二个证据是 3K微波背景辐射的发现。大爆炸理论预言，现在的宇宙中应该存在着一种来自宇宙早期的均匀的、各向同性的微波背景辐射，它是宇宙早期的遗迹，频谱应该符合普朗克黑体辐射公式，温度约为3K。这一预言在1965年被射电文学家彭齐亚斯(A . Penzias)和威尔逊(R. Wilson)在宇宙观测中证实，此后亦为众多科学家进一步证实。[[xlvi]] 他们在研究射电望远镜的接收性能时发现了消除不掉的“噪声”，也即发现了从宇宙各个方向射来的所谓宇宙微波背景辐射.这种辐射谱与2.7K的黑体辐射谱十分接近。说明宇宙早期的物质分布是相当均匀的，非均匀性不超过10-5，而今天宇宙中物质分布的不均匀性高达10-103(从地球向宇宙各个方向看去). [[xlvii]] 这一结果表明，宇宙早期曾一度处于平衡态，处处都有相同的温度，而且物质分布也是相当均匀的。大爆炸之后，宇宙才逐渐偏离热平衡态。[[xlviii]]这次宇宙观测结果彻底地摧毁了稳恒态说，有力地确认了大爆炸理论。

支持大爆炸宇宙论的第三个证据是宇宙中氦元素丰度的预言和测定。大爆炸发生一秒钟以后，宇宙是由极高温的基本粒子组成的“羹汤”，这时整个宇宙处于均匀的热平衡态。随着宇宙的膨胀和降温，其中的一些粒子逐次与其余部分粒子脱藕。此时产生的核反应使中子和质子聚合在一起，形成氦核，余下的核子(没有聚合的质子)自然就形成了氢核。精确的理论计算表明，当时应有23.6%的物质质量聚合成了氦核。20世纪80年代，英国皇家格林尼治天文台对众多星系中原始星云的发射光谱进行观测的结果表明，宇宙中氦的实际丰度为23.5%。这一结果与大爆炸的理论预言极为相符。[[xlix]]



对“热寂说”的否定


1.膨胀的宇宙

热寂说是在一个固定边界的体系中推导出的，而宇宙是在不断膨胀的，进化式的演化成为可能。

对一个静态的体系，熵有一个可能达到的极大值，但对于膨胀着的系统，每一瞬间熵可能达到的极大值是与时俱增的.如果膨胀得足够快，系统不但不能每时每刻跟上进程以达到新的平衡，且实际熵值的增长落后于熵极大值的增长，二者差距越拉越大.这是因为宇宙物质间万有引力作用的结果.虽然系统的熵在不断增加，但它距平衡态却越来越远. [[l]]

这样，膨胀着的宇宙模型给我们展现了一幅这样的情景，宇宙时间有一个起点，随着宇宙熵的不断增加，这个时间不断流逝着，但宇宙不会达到熵极大，既为我们确定了一个无终极的全宇宙统一的时间，又彻底批判了热寂说.[[li]]

2.不存在热平衡

早在大爆炸宇宙理论为科学界公认之前，一些学者即正确地指明了解决宇宙“热寂”疑难的方向，关键在于应从宇宙中是否存在热平衡态这一根本性问题着手。现在，大爆炸理论直接证明了宇宙在膨胀，而宇宙在膨胀则是热力学和宇宙学相容的关键，那么在一个膨胀的宇宙中是否存在着热平衡态呢? [[lii]]

假定有两类物质，一类是辐射，另一类是粒子，辐射温度Tr与粒子温度Tm不一样。那么，按照经典热力学，经过一段时间以后，Tr与Tm必定相同。这是在静态空间中做出的结论。然而，假如上述空间是膨胀的，结论就完全不同了。由于在膨胀过程中，不同物质的温度降低的程度不一样，辐射温度降低较慢，粒子温度降低较快，就会造成Tr大于Tm而产生温差。这与经典热力学的结论正好相反。虽然这个温差会由于辐射与粒子之间的碰撞而消失，以至达到热平衡，但是由于达到平衡所需的时间比宇宙膨胀所需的时间要长，因而辐射和粒子之间就永远不可能达到热平衡。此时系统的熵尽管不断增加(这与热力学第二定律相符)，但它离平衡态却越来越远。而宇宙中发生的正是这种变化。[[liii]]

在空间上，也会存在温度差。可以证明两类物质的温度都与其半径的平方R2成反比。[[liv]]

2.热量传递结果不同

另一方面，宇宙膨胀的原因是由于引力的作用。有引力作用的热力学与无引力作用的热力学得出的结论完全不同。在不考虑引力的经典热力学中，加热则体系升温，冷却则体系降温，热容量是正值。而在一个自引力体系中情况刚好相反，加热则体系变冷，放热则体系升温，热容量是负值。而负热容物体的存在对于热力学来说具有根本性的影响。在一个体系中，如果同时存在着正热容物体和负热容物体，那么这个体系就具有极大的不稳定性。稍有扰动，平衡就会彻底遭到破坏而产生温差。只要有自引力体系存在，原则上就不存在稳定的热平衡，而宇宙间的天体或天体系统大多数正是这种自引力系统。尽管自引力系统中熵是增加的，但由于没有热平衡，因而熵的增加是无止境的，永远都没有极大值。[[lv]]

因此，“热平衡的存在对整个热力学是至关重要的，热平衡是热力学的出发点。而对于引力起决定作用的体系，实际上不存在热力学意义上的热平衡态，而是不稳定的状态”。这种现象在静态宇宙模型中是不可能发生的，也是开尔文和克劳修斯等人没有料想到的。[[lvi]]

那么，大爆炸理论确实把宇宙推向了永恒的热寂状态之中了吗?苏联物理学家郎道曾指出，由于引力的存在，不稳定的引力场永远不会使系统达到完全平衡。任何一瞬时平衡态的熵极大值，对于膨胀的宇宙不是固定不变的，而是与时俱增的。尽管宇宙的熵值不断增加，但它落后于Smax的增长，从而使字宙远离平衡态。字宙的熵增远离熵极大值的增加，宇宙就永远不会进入一个“死寂”状态。[[lvii]]

3.引力导致结构的形成

在引力主导的条件下，均匀分布状态并不稳定。因为，只要在某个局部区域内，由于起伏，密度稍高一点，则此区域的引力会更强，从而吸引更多的物质形成高密度区，破坏平衡。同理，由于起伏，某区域的密度低了一点，则引力变弱，就会有更多的物质逃离此区域形成低密度区，从而破坏均匀。就是依靠这种非均匀化的过程，宇宙从原始的均匀状态进化到现在的有结构的非均匀状态。[[lviii]]

宇宙早期基本上处于热平衡的高温高密度“热粥”状态，从这个单调的混沌状态开始，由于引力的主导作用，一步步发展出愈来愈复杂的多样化结构。在微观上形成了原子核、原子、分子(从较简单的无机分子到高级的生物大分子)。在宏观上演化出里团、星系、恒星、太阳系和地球，然后又在地球上演化出生物来，直到出现人类这样的智慧生物和他们组成的愈来愈发达的社会。[[lix]]

所以，由于引力的存在，宇宙不一定走向热寂的道路，或者说热寂论缺乏科学依据。英国学者P．柯文尼等(1990)在(时间之箭)一书中指出：“实际上，热寂的说法是有问题的，因为它忽视了引力(和黑洞)的作用。如果包括引力，宇宙必定越来越偏离热寂所想像的物质均匀分布。”[[lx]]



冷寂的到来


人类终于从百年梦魔中醒来，爆发出热情的欢呼，“宇宙不但不会死，反而会从早期的热寂状态(热平衡态)下生机勃勃地复彭”， “热寂说的一页，已被翻过去了” 然而，人类的欢呼似乎来得早了一点。尽管热力学意义上的宇宙“热寂”状态永远不会到来，但宇宙的命运却不会因此而变得更加令人乐观。宇宙的结局完全取决于它的初始条件，字宙的创生与终结始终紧密相连。大爆炸理论发现了宇宙起源的真相，同时也预言了它遥远的未来。[[lxi]]

在大爆炸理论中有一个极其重要的参量。Ω=P0/这Pc，其中Pc是与哈勃常数密切相关的一种宇宙临界密度，P0是现在的宇宙密度。若P0
无论宇宙最后出现哪一种状态，其结果对人类来说都将是灭顶之灾。这就是大爆炸理论为人类预言的宇宙未来和世界末日。由于这一理论也不合人们的期望，因而当它提出之日起同样也遭到了来自各方面的反对，并认为它是一个“倒了头”的宇宙“热寂说”。然而，自然规律毕竟不以人的意志为转移，人类必须正确对待，最好的心态是，“我们决不能忽视物之有生亦必有死的事实，死亡或许正是为创生不得不付出的代价”。[[lxiii]]

当然，还存在着一些其他并非毫无科学根据的宇宙模型，也许会带给人类新的光明和希望。人类不应该气馁。“我们的后代也许还有数十亿年甚至数万亿年的时间来对付这场最后的大屠杀。在这段时间里，生命能够扩展到整个宇宙……并对它加以控制，因此他们可以调整自己的位置，支配一切可能的资源来对抗这场大危机”。无论如何，人类决不甘心坐以待毙，而科学也将一如既往地走自己的路，总有一天会给人类一个明晰的答案。



其它理论


邓昭镜[[lxiv]] 认为物质的聚集态既是吸引运动形式的稳定态，又是排斥运动形式的不稳定态；而物质的均匀分散态既是排斥运动形式的稳定态，又是吸引运动形式的不稳定态.这种吸引，排斥，稳定，不稳定间的对立在物质运动中自始至终地存在着，正是这种对立维系着宇宙物质永恒运动的生命.热力学第二定律的局限性就在于，它在对立两极中仅片面地表述了无序排斥运动占支配的条件下，对系统发展规律的作用.克劳修斯又将对发展规律的片面表述形式绝对化，导致了著名的宇宙热寂佯谬. [[lxv]]

刘宗超[[lxvi]]从热力学系统与非热力学系统的角度来调解热寂说与进化论之间的矛盾。他认为热力学系统由大量无规则运动的子系统组成，如气体分子系统、水分子系统。非热力学系统是宏观巨系统，经典热力学难以适用，其子系统不满足局域平衡假说且各子系统具有不同的权重，如生命系统、生态系统、城市系统、地球表层系统。




[i] 乔生炳.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,2000,(3)：38~39.

[ii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[iii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[iv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[v] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.86

[vi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[vii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[viii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[ix] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[x] 邓昭镜,袁静平.热寂论,热力学第二定律的局限性和负温度系统.西南师范大学学报,2001,26(6)： 661~667

[xi] 新疆维吾尔自治区科学技术协会编.熵与交叉科学.北京:气象出版社,1988.88

[xii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xiii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xiv] 邓昭镜,袁静平.热寂论,热力学第二定律的局限性和负温度系统.西南师范大学学报,2001,26(6)： 661~667

[xv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xvi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xvii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xviii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xix] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xx] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xxi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

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[xxiv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xxv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xxvi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xxvii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

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[xxx] 邓昭镜,袁静平.热寂论,热力学第二定律的局限性和负温度系统.西南师范大学学报,2001,26(6)： 661~667

[xxxi] 于伟佳,许志晋.熵理论的跨学科功能,自然辩证法研究,1994,10(7)：48~54

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[xxxiii] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.86

[xxxiv] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.87

[xxxv] 马建华,管华等著.系统科学及其在地理学中的应用.科学出版社.2003 102

[xxxvi] 乔生炳.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,2000,(3)：38~39.

[xxxvii] 于伟佳,许志晋.熵理论的跨学科功能,自然辩证法研究,1994,10(7)：48~54

[xxxviii] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.87

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[xl] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xli] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xlii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xliii] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.87

[xliv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xlv] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.87

[xlvi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[xlvii] 乔生炳.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,2000,(3)：38~39.

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[xlix] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[l] 乔生炳.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,2000,(3)：38~39.

[li] 乔生炳.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,2000,(3)：38~39.

[lii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[liii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[liv] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.90

[lv] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[lvi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[lvii] 于伟佳,许志晋.熵理论的跨学科功能,自然辩证法研究,1994,10(7)：48~54

[lviii] 新疆维吾尔自治区科学技术协会编.熵与交叉科学.北京:气象出版社,1988.91

[lix] 王彬.熵与信息.西安:西北工业大学出版社,1994.91

[lx] 马建华,管华等著.系统科学及其在地理学中的应用.科学出版社.2003 102

[lxi] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[lxii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[lxiii] 周雁翎.“热寂说”疑案新论.自然辩证法通讯,2003,25(1)：62~69

[lxiv] 邓昭镜,袁静平.热寂论,热力学第二定律的局限性和负温度系统.西南师范大学学报,2001,26(6)： 661~667

[lxv] 邓昭镜,袁静平.热寂论,热力学第二定律的局限性和负温度系统.西南师范大学学报,2001,26(6)： 661~667

[lxvi] 新疆维吾尔自治区科学技术协会编.熵与交叉科学.北京:气象出版社,1988.77



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