導(dǎo)語(yǔ)：熱寂說(shuō)的提出與影響分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]對(duì)熱寂說(shuō)的歷史進(jìn)行了較系統(tǒng)的考察，并對(duì)其產(chǎn)生的社會(huì)影響及批判作了較系統(tǒng)的探討和闡述。全文分四部分：一、全面回顧了在科學(xué)史上熱寂說(shuō)是怎樣提出的，以及一經(jīng)提出后引發(fā)的各種爭(zhēng)論及爭(zhēng)論的焦點(diǎn)；二、分析了熱寂說(shuō)提出后產(chǎn)生的重大社會(huì)影響；三、著重介紹及評(píng)述了對(duì)熱寂說(shuō)進(jìn)行的各種批判，重點(diǎn)是對(duì)后世影響較大的兩個(gè)代表性說(shuō)法恩格斯對(duì)熱寂說(shuō)的批判及較流行的各種觀點(diǎn)；四、闡述和探討了“大爆炸”的宇宙理論及其三個(gè)強(qiáng)有力的直接論據(jù)，以及引力對(duì)宇宙膨脹的作用，從而最終證明宇宙熱寂說(shuō)是不可實(shí)現(xiàn)的。

[關(guān)鍵詞]熱寂說(shuō)；熵增加原理；近代宇宙論

“熱寂說(shuō)”是熱力學(xué)第二定律的宇宙學(xué)推論，它既是哲學(xué)上的一個(gè)原則問(wèn)題，也是物理學(xué)上無(wú)法直接驗(yàn)證的問(wèn)題，它的意義關(guān)系到包括生命物質(zhì)在內(nèi)的萬(wàn)物生長(zhǎng)、發(fā)展和消亡的普遍規(guī)律以及人類和宇宙的未來(lái)等問(wèn)題。所以一經(jīng)提出，就一直受到科學(xué)界和哲學(xué)界的廣泛關(guān)注并引起激烈的爭(zhēng)論，但尚缺乏較全面的專論。本文試圖對(duì)熱寂說(shuō)提出的歷史進(jìn)行較系統(tǒng)的考察，并對(duì)其產(chǎn)生的社會(huì)影響及批判作進(jìn)一步的探討和闡述。

一熱寂說(shuō)的提出

一般的熱學(xué)和物理學(xué)史教科書都認(rèn)為最早提出熱寂說(shuō)的物理學(xué)家是威廉·湯姆孫和克勞修斯。其實(shí)早在威廉·湯姆孫(W.Thomson)和克勞修斯(R.Clausius)一百多年前牛頓就已看出了他們后來(lái)提出的熱寂說(shuō)(heatdeath)。牛頓在其《光學(xué)》一書的疑問(wèn)31(problems31)中描述了后人在一百多年后描述的可怕的宇宙毀滅景象：地球、行星、彗星和太陽(yáng)這些物體，以及它們上面所有的一切，均將冷卻和凝凍，變?yōu)榉腔钚缘奈矬w。并且所有腐爛、生長(zhǎng)、繁殖和所有生命現(xiàn)象，均將停止。所有的行星、彗星將不再能留在它們的軌道上運(yùn)動(dòng)。這就是說(shuō)，牛頓在建立自己力學(xué)體系之初，就已意識(shí)到它的體系不能解釋非彈性碰撞過(guò)程(實(shí)際上就是牽涉到熱交換的過(guò)程)的不可逆性與宇宙穩(wěn)定性的矛盾。為了解決這一矛盾，牛頓提出了“主動(dòng)原理保持和補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)”的物理思想。他指出：“所以，有一種按照主動(dòng)保持和補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的必要性，這就是重力的原因。行星和彗星由這個(gè)原理保持在軌道上，降落時(shí)物體獲得大的運(yùn)動(dòng)，由發(fā)酵的原因，動(dòng)物的心臟和血液保持永恒的運(yùn)動(dòng)和熱量。地球內(nèi)的部分持續(xù)生熱，某些部分變得很熱……太陽(yáng)保持劇熱并可見(jiàn)，以其光使萬(wàn)物變熱。除去歸之于這些主動(dòng)原理之外，我們?cè)谟钪骈g遇到的運(yùn)動(dòng)很少。”從這段話可以看出，雖然牛頓帶有過(guò)分強(qiáng)烈的思辨性，但他在設(shè)法超脫機(jī)械論的局限性，希望用非機(jī)械論的解釋擺脫力學(xué)帶來(lái)的困難。然而在他那個(gè)時(shí)代，當(dāng)能量、能量守恒定律以及各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)均未出籠時(shí)，他的設(shè)想是很難有什么積極的成果的。為此，他只好求助于上帝的存在，希望上帝給以支援。他在同一書中又指出：“上帝既是宇宙的創(chuàng)造者，又是宇宙的持續(xù)的保持者?！薄皼](méi)有他的治理和監(jiān)督，就會(huì)一事無(wú)成。說(shuō)宇宙是一架大機(jī)器，無(wú)需神的干預(yù)即可以運(yùn)轉(zhuǎn)下去，就如同一個(gè)時(shí)鐘不需要鐘表匠的幫助而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)那樣，這種觀念實(shí)際上是以把上帝說(shuō)成是超凡的神靈為借口，想把天意和上帝對(duì)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)治排除掉?！?/p>

隨后，歐勒、拉格朗日、拉普拉斯和泊松等一批物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家從數(shù)學(xué)分析方面發(fā)展了力學(xué)，他們證明，太陽(yáng)系中所有的變動(dòng)都是周期性的，這種變動(dòng)不僅在某一有限范圍內(nèi)進(jìn)行，而且其增強(qiáng)或減弱的變化也是周期性的。因此，他們得出結(jié)論，認(rèn)為太陽(yáng)系具有一種穩(wěn)定性，而且在無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)期里，這種穩(wěn)定性是永遠(yuǎn)不會(huì)改變的。從而他們從物理思想中排除了上帝，這當(dāng)然是一個(gè)了不起的進(jìn)步，但他們卻由此而忽視了牛頓對(duì)于不可逆過(guò)程的擔(dān)心，并想徹底拋棄這種憂慮，而宣布太陽(yáng)系(乃至整個(gè)宇宙)將永遠(yuǎn)穩(wěn)定，應(yīng)該說(shuō)這也是物理思想史上的一次后退。

由以上簡(jiǎn)單的歷史回顧可知，當(dāng)W·湯姆孫和克勞修斯揭示了自然過(guò)程的不可逆性這一曾在歷史上爭(zhēng)論過(guò)的問(wèn)題后，為什么會(huì)引起當(dāng)時(shí)許多一流物理學(xué)家的高度重視!

1852年，W·湯姆孫在關(guān)于自然界中機(jī)械能耗散的一篇論文中提出，在自然界中占統(tǒng)治地位的趨向是能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫箿囟壤剑罱K導(dǎo)致所有物體的工作能力減小到零，達(dá)到熱寂狀態(tài)。他在1862年發(fā)表了《關(guān)于太陽(yáng)熱的可能壽命的物理考察》論文，明確提出“熱寂說(shuō)”。他寫道：“熱力學(xué)第二個(gè)偉大定律孕含著自然的某種不可逆作用原理，這個(gè)原理表明雖然機(jī)械能不可滅，卻會(huì)有一種普遍的耗散趨向，這種耗散在物質(zhì)的宇宙中會(huì)造成熱量逐漸增加和擴(kuò)散，以及熱的枯竭，如果宇宙有限并服從現(xiàn)有的定律，那么結(jié)果將不可避免地出現(xiàn)宇宙靜止和死亡狀態(tài)?！?/p>

從湯姆孫這段話可以看出，他從機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱而耗散和熱力學(xué)第二定律，得出宇宙熱寂的觀點(diǎn)。隨后克勞修斯在1865年的論文《論熱的動(dòng)力理論的主要方程的各種應(yīng)用形式》中得出：“這個(gè)定律在宇宙中的應(yīng)用，已得出一個(gè)結(jié)論，那是湯姆孫首先得出的，因此我才發(fā)表我所說(shuō)的論文?！笨梢?jiàn)克勞修斯承認(rèn)湯姆孫先于他提出熱寂說(shuō)，并啟發(fā)他做進(jìn)一步的嘗試。

克勞修斯在1865年的上述論文中把宇宙看作一個(gè)孤立的絕熱系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中熱的正向變化總是大于負(fù)向變化，因此他認(rèn)為宇宙熱量的總和將向一個(gè)方向變化而趨于最終狀態(tài)。另外他指出，他的熵只包含了“熱含量”和“熱離散度”，而未考慮當(dāng)時(shí)已知的熱輻射和由“以太”傳播的熱量等。他寫道：“由此熵尚未用盡，還必須考慮輻射熱，或以太振動(dòng)方式通過(guò)宇宙空間彌散熱的其它形式，以及不包括在熱名義下的那些擴(kuò)展更遠(yuǎn)的某種運(yùn)動(dòng)?！闭窃谏鲜銮疤嵯碌贸鏊硎镜挠钪婊径桑?)宇宙的能量是恒定的；2)宇宙的熵趨于極大。克勞修斯在1867年作的《關(guān)于機(jī)械熱理論的第二定律》的講演中，又進(jìn)一步提出：“宇宙越是接近于其熵為一最大值的極限狀態(tài)，它繼續(xù)發(fā)生變化的可能性就越??；當(dāng)它最后完全達(dá)到這個(gè)狀態(tài)時(shí)，就不會(huì)再出現(xiàn)進(jìn)一步的變化了，宇宙將永遠(yuǎn)處于一種惰性的死寂狀態(tài)?！边@就是著名的克勞修斯的“熱寂說(shuō)”的來(lái)歷。

值得注意的是，開(kāi)爾文和克勞修斯提出“熱寂說(shuō)”時(shí)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(gè)“有限”的體系；后者并沒(méi)有做這樣一個(gè)限定，而是毫無(wú)條件地推廣到整個(gè)宇宙。在對(duì)“熱寂說(shuō)”的提出者進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)時(shí)，這種區(qū)別是要特別認(rèn)真對(duì)待的。

除W·湯姆孫外，在克勞修斯前提出熱寂說(shuō)的還有赫姆爾霍茲，這一點(diǎn)很久以來(lái)似乎被人們忽視了，他在1854年的一次講演中就談到熱力學(xué)第二定律意味著整個(gè)宇宙最終將處于溫度均勻的狀態(tài)，并且“自此以后，宇宙將陷入永恒的靜止?fàn)顟B(tài)”，即熱寂狀態(tài)。

二熱寂說(shuō)的社會(huì)影響

熱寂說(shuō)的提出，在社會(huì)上引起了巨大的反響，因?yàn)樗腔趪?yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)定律而預(yù)言的“世界末日”。這種世界末日的悲觀思想造成了19世紀(jì)歐美所特有的悲觀情緒，使很多人因此對(duì)社會(huì)進(jìn)步感到悲觀失望，以致不僅自然科學(xué)家關(guān)心，人文學(xué)者也同樣關(guān)心。

美國(guó)歷史學(xué)家亨利·亞當(dāng)斯把它解釋為19世紀(jì)所特有的低落情緒的原因，還把它與對(duì)社會(huì)進(jìn)步的失望情緒相聯(lián)系，正是這一觀念給一些作家?guī)?lái)了一種對(duì)宇宙熱死亡的憂郁心態(tài)。例如具有資產(chǎn)階級(jí)自由思想的英國(guó)詩(shī)人斯溫伯恩曾這樣描述了熱寂：

不論是星星還是太陽(yáng)將不再升起，

到處是一片黑暗，

沒(méi)有溪流的潺潺聲，

沒(méi)有聲音，沒(méi)有景色，

既沒(méi)有冬天的落葉，

也沒(méi)有春天的嫩芽，

沒(méi)有白天，也沒(méi)有勞動(dòng)的歡樂(lè)，

在那永恒的黑夜里，

只沒(méi)有盡頭的夢(mèng)境。

美國(guó)的物理學(xué)史家G·霍爾頓把這種沒(méi)落情緒正確地歸之于社會(huì)原因。他在《物理科學(xué)的概念和理論導(dǎo)論》一書中指出：“熱寂說(shuō)對(duì)于一些流行作家有一種不健康的吸引力，這些作家沉湎于席卷歐美社會(huì)某些部分的關(guān)于世界末日的悲觀情緒。由于熵的增加意味著更大的無(wú)秩序的混亂，這也許就是對(duì)社會(huì)崩潰和環(huán)境衰退的一種解釋!”

這樣，熱力學(xué)第二定律被視為墮落的淵藪。因?yàn)樗鼣嘌?，一切都不免從有序走向無(wú)序，從整齊走向混亂。甚至更有人延伸說(shuō)，熱力學(xué)第二定律表明人種將從壞變得更壞，最終都要滅絕。總之，在19世紀(jì)末，熱力學(xué)第二定律和由它導(dǎo)出的熱寂說(shuō)，已成了社會(huì)聲譽(yù)最壞的科學(xué)定律。

因此，從19世紀(jì)開(kāi)始，就不斷有人提出各種方案或假說(shuō)來(lái)批判熱寂說(shuō)，試圖證明熱寂說(shuō)只是一個(gè)佯謬，由此證明宇宙是不會(huì)熱寂的。這些批判都十分令人欽佩，因?yàn)樗鼈內(nèi)舫晒α耍筒粌H拯救了物理學(xué)的名聲，而且也“拯救了整個(gè)宇宙和人類”。三對(duì)熱寂說(shuō)的批判

長(zhǎng)期以來(lái)，人們總以為宇宙基本上是靜態(tài)的，而且在時(shí)間上既無(wú)始又無(wú)終。但按照熱寂說(shuō)的說(shuō)法，似乎宇宙早就該處于熱寂狀態(tài)了。然而最使人不可理解的是，為什么現(xiàn)實(shí)宇宙至今并沒(méi)有達(dá)到熱寂狀態(tài)?由于熱寂說(shuō)在感情上和理智上都給人以強(qiáng)烈的沖擊，所以它問(wèn)世不久，就遭到各方面的抨擊。下面簡(jiǎn)要介紹對(duì)后世影響較大的兩家之言以及比較流行的一些觀點(diǎn)。

1．對(duì)后世影響較大的兩個(gè)代表性說(shuō)法

(1)“麥克斯韋妖”的提出。1871年，麥克斯韋(J.Maxwell)曾以“麥克斯韋妖”給熱力學(xué)第二定律提出了一難題。他設(shè)想：一個(gè)容器分為A和B兩部分，中間有一小孔，有一個(gè)小精靈能打開(kāi)孔道，使快分子從A跑到B，慢分子從B跑到A，這樣就在不消耗能量的情況下，使B溫度升高，A溫度下降。這樣一來(lái)，熱量自動(dòng)從低溫部分傳向高溫部分，系統(tǒng)的熵降低了，熱力學(xué)第二定律受到了挑戰(zhàn)。人們稱這個(gè)小精靈為“麥克斯韋妖”。一百年來(lái)，“麥克斯韋妖”對(duì)許多物理學(xué)家一直有很大的誘惑力。麥克斯韋認(rèn)為，只有當(dāng)我們能夠處理的只是大塊的物體而無(wú)法看出或處理借以構(gòu)成物體分離的分子時(shí)，熱力學(xué)第二定律才是正確的，并由此提出應(yīng)當(dāng)對(duì)熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用范圍加以限制。然而1929年，匈牙利物理學(xué)家西拉德揭開(kāi)了“麥克斯韋妖”之謎。他指出：麥克斯韋妖有獲得和儲(chǔ)存分子運(yùn)動(dòng)信息的能力，它靠信息來(lái)干預(yù)系統(tǒng)，使它逆著自然界的自發(fā)方向進(jìn)行。1951年布里淵更明確指出，妖精要識(shí)別分子，它必須有一個(gè)溫度與環(huán)境不同的微型光源去照亮分子，這就要輸入能量，按現(xiàn)代的觀點(diǎn)，信息就是負(fù)熵，正是麥克斯韋妖將負(fù)熵輸給了系統(tǒng)，才降低了系統(tǒng)的總熵。麥克斯韋妖正是以此為代價(jià)，才獲得了所需要的信息(即負(fù)熵)的這額外的熵的產(chǎn)生，補(bǔ)償了系統(tǒng)里熵的減少，從而引起熵的增加。他由此斷言妖精是不存在的。

(2)玻爾茲曼的質(zhì)疑。1872年玻爾茲曼(L.Bo—ltzmann)也指出：熱力學(xué)在局部范圍內(nèi)是正確的，但它不是絕對(duì)的規(guī)律。他首先賦予熵的增加以統(tǒng)計(jì)解釋，按照這樣解釋熱平衡態(tài)總是伴隨有漲落現(xiàn)象，后者是不遵守?zé)崃W(xué)第二定律的。在宇宙的某些局部可以偶然地出現(xiàn)巨大的漲落，在那里熵沒(méi)有增加，因此宇宙也就不可能產(chǎn)生熱寂，甚至還在減少，因此宇宙也就不可能產(chǎn)生熱寂。玻爾茲曼這種“漲落說(shuō)”有一定的吸引力，但尚缺乏事實(shí)根據(jù)。天文學(xué)觀測(cè)表明，至今沒(méi)有任何有說(shuō)服力的證據(jù)說(shuō)明現(xiàn)在的宇宙是處在熱平衡態(tài)并存在著上下“漲落”。而且從邏輯上看，玻爾茲曼的“漲落說(shuō)”實(shí)際上是把宇宙“熱寂”已經(jīng)放在他的前提中了，因而他首先承認(rèn)“漲落”是在平衡態(tài)附近發(fā)生的。而對(duì)于任何“漲落”，不論它有多大，最后必然會(huì)消失，重新回到平衡狀態(tài)。盡管后來(lái)一些物理學(xué)家，如萊辛巴赫(H.Reihenbaeh)等發(fā)展了玻爾茲曼的思想，把時(shí)間增加的方向作為熵增加的方向，并進(jìn)一步指出了存在著熵的漲落現(xiàn)象，但同樣由于缺乏觀測(cè)證據(jù)支持而最終被放棄。

2．恩格斯對(duì)熱寂說(shuō)的批判

由于“熱寂說(shuō)”涉及到宇宙未來(lái)和人類命運(yùn)等重大問(wèn)題，因而也引起了哲學(xué)界，尤其是馬克思主義哲學(xué)的深刻關(guān)注，一百多年來(lái)，恩格斯對(duì)“熱寂說(shuō)”的批判產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

“熱寂說(shuō)”剛剛提出，恩格斯就在1869年3月2日致馬克思的信中指出，這種理論認(rèn)為，世界愈來(lái)愈冷卻，宇宙中的溫度愈來(lái)愈平均化，因此，最后將出現(xiàn)一個(gè)一切生命都不能生存的時(shí)刻，整個(gè)世界將由一個(gè)圍著一個(gè)轉(zhuǎn)的冰凍的球體所組成。我現(xiàn)在預(yù)料神父?jìng)儗⒆プ∵@種理論，把它當(dāng)作唯物主義的最新成就，用來(lái)作為“必須設(shè)想有上帝存在”的論證，而這種論證實(shí)質(zhì)上是與辯證唯物論背道而馳的。

恩格斯在其《自然辯證法》導(dǎo)言中，又從能量守恒與轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)熱寂說(shuō)也作了精辟的分析和批判。他指出：“散射到太空中去的熱必須有可能以某種方法——闡明這種方法將是以后自然科學(xué)的課題一轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形態(tài)，在這種運(yùn)動(dòng)形態(tài)中它能夠重新集結(jié)和活動(dòng)起來(lái)?！倍鞲袼挂罁?jù)天文觀測(cè)資料“新星之突然地閃現(xiàn)以及熟知的舊星的突然增加光亮”指出散射到太空中的熱能有重新集結(jié)的可能，他堅(jiān)持辯證自然觀的正確性，因此他寫道：“我們確信，物質(zhì)在它的一切變化中永遠(yuǎn)是同一的，它的任何一個(gè)屬性都決不會(huì)喪失，因此它在某個(gè)時(shí)候以鐵的必然性毀滅自己在地球上的最高的花朵——思維著的精神，而在另外的某個(gè)地方和某個(gè)時(shí)候又一定以同一種鐵的必然性把它重新產(chǎn)生出來(lái)?！?/p>

3．曾廣為流行的其它觀點(diǎn)

(1)熵增加原理只對(duì)孤立系統(tǒng)成立，目前我們沒(méi)有任何根據(jù)說(shuō)宇宙是這樣的一個(gè)封閉的孤立系統(tǒng)。把在有限時(shí)空范圍內(nèi)得到的原理任意推廣到整個(gè)宇宙是難以置信的。

(2)對(duì)整個(gè)宇宙而言，既存在著從有序向無(wú)序轉(zhuǎn)化的過(guò)程，即熵增加過(guò)程，也存在著無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化的過(guò)程，即熵減少過(guò)程。因此，耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為宇宙在歷史的長(zhǎng)河中，熵只是在不斷地增加的結(jié)論，是沒(méi)有什么根據(jù)的。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，對(duì)于非孤立系統(tǒng)，熵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(guò)程引起的，叫做熵產(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，叫做熵流用des表示。所以整個(gè)系統(tǒng)的熵變化是ds=dis+d3s一個(gè)系統(tǒng)的熵產(chǎn)生永遠(yuǎn)不可能是負(fù)的，即總有diS≥0，對(duì)于孤立系統(tǒng)，由于des=0，所以ds=dis>0，這就是熵增加原理的表達(dá)式。

但對(duì)于非孤立系，視外界的作用不同，熵流des可正、可負(fù)。如果des<0，且|des|>dis，就會(huì)有ds=dis+des<0，這表示經(jīng)過(guò)這樣的過(guò)程，系統(tǒng)的熵會(huì)減小，系統(tǒng)就由原來(lái)的狀態(tài)進(jìn)入更加有序的狀態(tài)。這就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)封閉系統(tǒng)或開(kāi)放系統(tǒng)存在著由無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化的可能。為此《紐約時(shí)報(bào)》曾于1980年發(fā)表特稿，宣稱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(wèn)題。然而，盡管這種理論具有很廣的應(yīng)用范圍，但對(duì)于整個(gè)宇宙來(lái)說(shuō)，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)熵增加原理的嚴(yán)格表述是：“一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程，到達(dá)另一個(gè)平衡態(tài)，它的熵不減少?！边@里很重要的一點(diǎn)是，體系在過(guò)程的開(kāi)始和過(guò)程的終了都處在平衡態(tài)。而對(duì)于宇宙來(lái)說(shuō)，在我們知識(shí)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(shuō)我們所及的歷史年代中宇宙的熵不斷增加是沒(méi)有根據(jù)的。四熱寂說(shuō)的終結(jié)

多少年來(lái)我們總有這樣的感覺(jué)，對(duì)已有的對(duì)熱寂說(shuō)的批判說(shuō)服力不強(qiáng)，并沒(méi)有真正解決問(wèn)題。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(gè)“大爆炸”的宇宙理論，使熱寂說(shuō)的佯謬迎刃而解。

熱寂說(shuō)是以宇宙整體正在從非平衡趨于平衡的結(jié)論為前提的。然而大爆炸宇宙學(xué)的研究和觀測(cè)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(lái)越趨于不平衡。按照熵增加原理，只對(duì)于每個(gè)靜態(tài)的封閉體系，熵才有個(gè)固定的極大值Smax；對(duì)于膨脹著的系統(tǒng)，每一瞬時(shí)熵可能達(dá)到的極大值Smax一是與時(shí)俱增的。如果膨脹得足夠快，系統(tǒng)不但不能每時(shí)每刻跟上過(guò)程以達(dá)到新的平衡，而且實(shí)際上熵值S的增長(zhǎng)落后于Smax的增長(zhǎng)，二者的差距越拉越長(zhǎng)。雖然系統(tǒng)的熵不斷增加，但它距平衡態(tài)卻愈來(lái)愈遠(yuǎn)。我們的宇宙中發(fā)生的正是這種情況。

大爆炸宇宙理論得到了三個(gè)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。1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃(E.Hubble)在研究了前人測(cè)量的星系距離資料后發(fā)現(xiàn)，這星系光譜線的顏色要比近星系的稍紅一些，哈勃仔細(xì)的測(cè)量了這種紅化，發(fā)現(xiàn)它呈系統(tǒng)性變化，而且，星系愈遠(yuǎn)，光譜線紅移愈大，在進(jìn)一步測(cè)定了許多星系光譜中特征譜線的位置后，哈勃證實(shí)了這個(gè)效應(yīng)，并指出紅移現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于星系在退行而使光波變長(zhǎng)的結(jié)果。由此，他總結(jié)出了著名的哈勃定律：星系退行的速度與距離成正比。從哈勃定律人們會(huì)很自然地得出宇宙在膨脹的推論。這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)——大爆炸理論的基礎(chǔ)。

支持大爆炸宇宙論的第二個(gè)證據(jù)是宇宙中氦元素豐度的預(yù)言和測(cè)定。大爆炸發(fā)生一秒鐘以后，宇宙是由極高溫的基本粒子組成的“羹湯”，這時(shí)整個(gè)宇宙處于均勻的熱平衡態(tài)。隨著宇宙的膨脹和降溫，其中的一些粒子逐次與其余部分粒子脫耦。此時(shí)產(chǎn)生的核反應(yīng)使中子和質(zhì)子聚合在一起，形成氦核，余下的核子(沒(méi)有聚合的質(zhì)子)自然就形成了氫核。精確的理論計(jì)算表明，當(dāng)時(shí)應(yīng)有23.6％的物質(zhì)質(zhì)量聚合成了氦核，英國(guó)皇家格林威治天文臺(tái)對(duì)眾多星系中原始星云的發(fā)射光譜進(jìn)行觀測(cè)的結(jié)果表明，宇宙中氦的實(shí)際豐度為23.5％。這一結(jié)果與大爆炸的理論預(yù)言極為相符。

支持大爆炸理論的第三個(gè)證據(jù)是3K微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)。大爆炸理論預(yù)言，現(xiàn)在的宇宙中應(yīng)該存在著一種來(lái)自宇宙早期的均勻的、各向同性的微波背景輻射，它是宇宙早期的遺跡，頻譜應(yīng)該符合普朗克黑體輻射公式，溫度約為3K。1965年這一預(yù)言被射電天文學(xué)家彭齊亞斯(A.Penjias)和威爾遜(R.Wilson)在宇宙觀測(cè)中證實(shí)，此后亦為眾多科學(xué)家進(jìn)一步證實(shí)。這一結(jié)果表明，宇宙早期曾一度處于平衡態(tài)，處處都有相同的溫度，而且物質(zhì)也是相當(dāng)均勻的，非均勻性不超過(guò)10-5，大爆炸之后，宇宙才逐漸偏離熱平衡態(tài)，而今天宇宙中物質(zhì)分布的不均勻性已高達(dá)10—103。

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(wú)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(gè)自引力體系中情況則剛好相反，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(duì)于熱力學(xué)來(lái)說(shuō)具有根本性的影響。在一個(gè)體系中，如果同時(shí)存在著正熱容物體和負(fù)熱容物體，那么這個(gè)體系就具有極大的不穩(wěn)定性。稍有擾動(dòng)，平衡就會(huì)徹底遭到破壞而產(chǎn)生溫差。因此，只要有引力體系存在，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)正是這種引力系統(tǒng)。盡管自引力系統(tǒng)中熵是增加的，但由于沒(méi)有熱平衡，因而熵的增加是無(wú)止境的，永遠(yuǎn)沒(méi)有極大值。

因此，“熱平衡的存在對(duì)整個(gè)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(duì)于引力起作用的體系，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)?！边@種現(xiàn)象在靜態(tài)宇宙模型中是不可能發(fā)生的，也是開(kāi)爾文和克勞修斯等人沒(méi)有料想到的。

總之，熱寂說(shuō)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(lái)溫度相同的系統(tǒng)也會(huì)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，前蘇聯(lián)理論物理學(xué)家朗道認(rèn)為當(dāng)考慮宇宙的大區(qū)域時(shí)，引力起了重要作用，涉及范圍愈大，引力的作用就愈大。在一定范圍內(nèi)，會(huì)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(guò)程。因此，考慮到宇宙的膨脹及引力效應(yīng)，宇宙熱寂是不可能實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)然，今天的宇宙觀尚不能預(yù)卜宇宙的最終結(jié)局，但這些未盡之頁(yè)已不屬于熱寂說(shuō)，而是新的一章了。