宇宙的命運最終會是怎樣？這是我所能想到的人類能夠提出的所有問題當中的最后問題，沒有什么問題能比這個問題更終極了。當然，所有對此問題的回答都是現有人類智慧下的回答，也不可能得到最后的驗證。那么，研究這個問題到底有沒有意義，為什么要去研究？我認為，所有的意義也都是人賦予的，在我看來，引發思考，滿足好奇，就是無與倫比的意義。在沒有溫飽之前，藝術是沒有意義的，但是溫飽之后，人們會發現藝術的意義大于吃飯。如果你追問下去，藝術對人類的意義到底是什么？那么追問到最后就只有一個答案，給人帶來美感。
在我眼里，星空就是一首交響樂，星辰大海是她的琴弦。第一樂章，巨大的太陽帶動著八大行星構成了最初的奏鳴曲，唱出天體旋轉和運動的永恒主題。第二樂章，宇宙旋律轉入深沉的慢板，她帶我們進入到更廣闊的星系和宇宙空間，讓我們聽到銀河系、河外星系，乃至宇宙誕生之初的回響。當我們沉醉于這無盡的深邃時，旋律又開始進入到下一個風趣輕快的樂章，宇宙空間中的有機分子、類星體、脈沖星、暗物質和暗能量等角色粉墨登場，令人著迷。現在，當我們在思考宇宙的終極命運時，也就是在聆聽這首宇宙交響樂的終章，她也許高昂雄渾，也許輕柔悠遠，雖然她無法影響我們實際的生活，但一定能給聽懂她的人帶來無盡的美感。除了對美感的追求，在我看來，研究宇宙的終極命運還有另外一個意義，那就是，如果把人類文明當作宇宙中無以計數的文明中的一個來看待，那么對這個問題的研究深度，代表著人類文明在宇宙文明中的排名。它的意義不是針對某個個人，而是賦予整體人類文明的。
在暗能量發現之前，對宇宙命運的主流觀點是大塌縮，科學家認為宇宙會經歷一個由膨脹到收縮的拐點，然后宇宙就開始大爆炸的反過程——塌縮，最終宇宙又會縮成一個奇點，然后砰的一聲再爆炸一次，如此循環往復。但后來我們發現了宇宙加速膨脹這個驚人的事實。大塌縮也就慢慢退出了主流，現在的主流觀點認為，宇宙的最終命運有兩種可能，一個是熱寂說，一個是大撕裂說。我今天想給大家介紹的就是這兩種學說。
我們先來講熱寂說。
要把這個講清楚，就必須要提到熱力學第二定律。這個定律不僅是熱力學三定律中最難搞懂的一個定律，恐怕也是所有物理定律中最難說清楚的定律之一。而且“熱二”的表述形式也特別多，不下十種，比如最早的表述是這樣：不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產生其他影響。或者這樣：不可能從單一熱源吸收能量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。這兩個算是最通俗易懂的，但是嚴謹程度不夠，后來的科學家繼續把這條定律發展成這樣：在一個系統的任意給定平衡態附近，總有這樣的態存在——從給定的態出發，不可能經過絕熱過程得到。又發展成這樣：對于一個有給定能量、物質組成、參數的系統，存在這樣一個穩定的平衡態——其他狀態總可以通過可逆過程達到之。這兩個表述你肯定看暈了，不用自卑，我也跟你一樣暈。不過，現代對熱二的表達形式倒是變得非常簡潔了，一句話就能說清，但你可能還是會看不懂：
任何孤立系統中的熵只能增大不能減小。
對，關鍵就在于這里面出現了一個詞“熵”，如果不知道這是啥，那么這句話對你來說可能還是難以理解。因此，要理解宇宙熱寂說的關鍵是要了解熱力學第二定律，了解熱二的關鍵又是了解什么是熵。這個字其實是民國時期的著名物理學家胡剛復教授在1923年發明創造出來的，但沿用至今已經成了物理學中的一個標準術語，不僅熱力學中用到，在信息論、控制論、概率論、生態學中，都被當作一個標準的術語廣泛使用，這個概念相當重要。什么是熵？熵就是衡量一個系統混亂程度的度量值。比如在麻將桌上，剛剛洗好的一副牌的熵就很低，嘩啦嘩啦洗牌的時候，熵就很高。在一杯咖啡中，你倒入一勺牛奶，剛開始的時候，牛奶和咖啡還能分得比較清楚，但是隨著時間的推移，慢慢地就混在一起了，在這個系統中，熵就是在慢慢地變大。熱二定律說的就是任何一個孤立的系統，也就是沒有別的系統去干擾的話，系統的混亂程度只會增大不會減小。一個打碎的玻璃杯，不可能自發地還原。你在沙漠中堆起一座沙堡，風很快就會讓沙堡消失，重新回歸無序，再厲害的風也永遠不可能把沙子吹成一座規則的沙堡形態。這是對自然規律的一個深刻洞見。隱藏在這個規律背后的規律其實依然是概率，如果我們用沙子排列的可能方式去考察沙堡和一盤散沙，或許你就能理解為什么風只能吹出一個個外形幾乎一樣的沙堆，而吹不出一個規則的沙堡。而這個定律也很好地解釋了為什么時間的箭頭是單向的。
如果我們用分子層面去理解這個定律的話，那么就是說，在一個孤立系統中，分子排列得越不均勻，說明它還有可能繼續產生新的態，那么熵就越低；分子的排列越均勻一致，也就越來越喪失了變化的可能性，熵也就越大。這個定律告訴我們，在任何一個孤立系統中，分子最終都會趨向于同一個運動速度，也就是達到均勻一致的溫度，在熱力學中，這稱之為熱平衡。
我們整個宇宙就是一個最大的孤立系統，那么對于這個孤立系統整體而言，熵只會增大不會減小，那么最終的結局也就一定是達到熱平衡，換句話說，宇宙處處溫度均勻一致。這就被稱之為熱寂（Heat death of the universe）。根據宇宙學家的計算，宇宙熱寂將經歷以下這些階段，當然啦，這些只是非常粗略的計算，我們有個概念就可以了：
退化時代：從1014 年到1040年
在這段時間里，星系和恒星的形成逐漸減緩并完全停止，越大越亮的恒星燃燒得越快，太陽在銀河系中算是一顆中等大小的明亮恒星，大約再過50億年就該全部燒完了。而像比鄰星這樣的紅矮星，體積小，溫度低，比太陽可以燃燒的時間要長的多得多，但總有一天，也是要耗盡燃料，直至枯竭。當宇宙中所有的恒星都熄滅之后，只有行星、小行星、白矮星、黑矮星、中子星、黑洞等不發光的天體能夠繼續存在。偶爾，棕矮星之間的相互撞擊會形成新的紅矮星。這些紅矮星會在宇宙中繼續存在數十億年，成為宇宙中唯一的可見光源。
在這個期間，大約從1016年開始，由于受到引力和引力波的擾動，行星和恒星、以及恒星的殘骸都會離開它們的原始軌道，星系會開始解體，有點像樹倒猢猻散的感覺。星系中慢慢地就只剩下超大質量黑洞了。
到了退化時代的1036年，宇宙中的一半物質都衰變為伽馬射線和輕子。這里是基于一個目前尚無法確證的假設，也就是質子的半衰期是1036年，這是量子力學中的一個推論，但目前尚未得到強有力的實驗證明。有一個很有意思的概念我要提醒大家，我前面說退化時代是1014年到1040年，你可能會直覺上認為1036年到1040年是退化時代的最后階段了。其實完全不是，關鍵是這個數字太大，直覺欺騙了你。但如果我們把數字放小一點，你可能馬上就明白了，比如我說退化時代是1到10000年，也就是100到104年，從第103年開始，一半的質子衰變，其實也就是說到了第1000年，質子完成了半衰。但你想想1000年之后還有9000年才到1萬年啊，1000年只是整個退化時代的十分之一而已。同樣的道理，盡管1014年到1036年看起來很長，但是它只不過占到了整個退化時代的萬分之一而已。如果質子衰變的理論正確，那么到了漫長的1040年，宇宙中所有的物質都會衰變完畢，整個宇宙就只剩下了黑洞和輕子。
黑洞時代：從1040 年到10100 年
這是黑洞主宰宇宙的時代，這個時代更要遠遠長于充滿恒星的宇宙時代，百花盛開的宇宙只不過占到了黑洞時代的約0.0000…（60個0）1，這是一個小到了簡直無法打比方的數字，你閉上眼睛體會一下吧。但黑洞也不是永恒的，它依然無法逃脫熱力學第二定律為它設定的命運，黑洞會慢慢地蒸發，最終以霍金輻射的形式將自身的質量一點點地還給宇宙。宇宙中的絕大部分物質都轉變成了光子和輕子。然后，宇宙就進入到了更加漫長的——
黑暗時代：10100到10150年
在這個時代，所有殘余的黑洞都會完全蒸發掉，宇宙中只剩下了光子和輕子。雖然所有物質基本上都變成光子了，但宇宙還是黑暗時代，因為宇宙實在太大，這一點點光子在巨大的宇宙空間中，簡直不值一提。但此時，宇宙離最終的完全熱平衡還差很遠很遠。大約會在101000年以后，宇宙達到了完全的熱平衡，所有的光子和輕子在宇宙中均勻地分布，宇宙的熵達到了最大值。到了這個時候，我們才可以說，宇宙熱寂了。那么宇宙熱寂之后呢？之后是有之后還是從此再也沒有之后了呢？目前的科學就只能到這里，期待我的讀者中有小朋友將來能來告訴我之后的可能性。
不過，上面這個宇宙熱寂年代表是建立在質子會衰變這個假設上的，那么，如果這個假設是錯誤的，質子不會衰變，那么，一個可能的結果就是宇宙中所有原子量小于鐵的物質都會最終發生核聚變，變成鐵原子。而所有原子量大于鐵的原子都會最終衰變為鐵原子。因為根據量子理論，鐵的結合能是最小的，熵值是最大的。這個過程大約要經過101500年才能最終完成。這也是宇宙的熱寂，因為最終的目標依然是熵值最大。此時的宇宙，鐵原子均勻分布在宇宙的所有空間中。冰冷的熱力學第二定律依然死死地統治了整個宇宙。
以上就是宇宙熱寂說。為了讓你對熱寂說有一個更加生動的理解，我想給你看一篇阿西莫夫的短篇科幻小說。我不知道你是否知道阿西莫夫，他是美國歷史上可能得獎最多的科幻小說巨頭，他還是全世界產量最高的科普作家，也是我的精神導師，我喜歡他的生活方式以及人生態度。阿西莫夫一生著書無數，但他自己最喜歡的一篇短篇科幻小說就是本期“節目”的標題《最后的問題》，劉慈欣也多次在訪談和文章中提到這篇小說，阿西莫夫對這篇小說的喜愛甚至超過了他的另一篇短篇科幻小說《日暮》，這可是被美國讀者票選出來的、歷史上最受喜愛的美國短篇科幻小說第一名。為了能夠更加符合中國人的語言習慣，也更好懂一些，我會對這篇小說做比較大的改寫，有點像是再創作吧，我會把里面的人名和各種單位也改為更符合中國人習慣的詞匯。我很希望讓你知道，科幻小說不是只有劉慈欣寫的棒，還有偉大的阿西莫夫，人類對宇宙的思考所體現出來的那種宏大和超越，在我看來是任何宗教傳說都無法比擬的。
《最后的問題》（原著：阿西莫夫汪潔重新譯寫）
最后的問題第一次被半開玩笑地提出是在2061年的5月21日。那時人類文明剛剛步入曙光中。有兩個工程師在一次喝酒時打了個100元的賭，它是這么發生的：
汪淼與丁儀是兩個忠實的管理員，他們管理的對象就是人工智能超腦。這臺龐大的機器長達幾公里，無數的小燈在閃爍著，發出各種風扇聲和嘀嘀聲。汪淼和丁儀與其他上百個管理員一樣，對超腦背后的運作機制一無所知。實際上，這臺人工智能已經復雜到沒有任何一個人能完全搞懂的地步了，即便是他的程序設計者，也是一個龐大的團隊，每個人負責其中一小塊，所謂的總設計師，也只是對它的大致藍圖有個基本概念，因為總設計師都換了好多任了，人類像接力賽一樣，一代一代地接力開發超腦計算機。
超腦能自我調節和自我修正。這是必須的，因為人類已經做不到這一點了，它已經太復雜了。所以汪淼和丁儀其實只是對這個龐然大物進行一些非常輕松和膚淺的管理，任何其他人也都只能做到這個程度。他們要做的僅僅是給它輸入數據，然后根據格式修改問題，最后翻譯給出的答案。
幾十年中，在超腦的幫助下人類建造了宇宙飛船，計算出航行路徑，從而得以登陸火星和金星。但是更遠的恒星際航行需要更大量的能源，地球上可憐的資源不足以支撐這些飛船。盡管人類不斷地提高石油和核能的利用效率，但石油與核材料都是有限的。
不過，超腦的智力發展超過了人們的預期，它學會了如何從根本上解決某些深層次問題。2061年5月14日，理論成為了現實。
太陽的能量被儲存和轉化，得以被全球規模地直接利用。整個地球熄滅了煉油廠、火力發電站，關閉了核反應堆，打開了連接到那個小小的太陽能空間站的開關。這個空間站直徑一公里，在到月球的距離一半處環繞著地球。陽光支撐著整個地球社會的運行。超腦和他的維護團隊獲得了巨大的榮譽。
全社會為他們慶功七天，這是人類歷史中一次里程碑式的創舉。
汪淼和丁儀總算逃脫了公眾事務，悄悄地相聚在一個誰也想不到的荒僻工作間中。在這里，超腦的龐大身軀露出了一部分，它正獨自閑暇地整理著數據，發出滿足的、慵懶的嘀答聲，超腦也得到了假期。汪淼和丁儀了解這一點，所以一開始他們倆并沒打算打擾它。
他們帶來了一瓶酒。這會兒他們想做的只是在一起，喝喝酒，放松放松。
“想一想還真是神奇，”汪淼說。他寬闊的臉龐已有了疲倦的紋路。他慢慢地用玻璃棒攪動著酒，看著冰塊笨拙地滑動。“從今以后，能源再也不值錢了。只要我們想干，甚至可以把地球熔化成一顆液態大鐵球，并且毫不在乎花掉的能量。即便是花掉的這些能量我看就夠我們永遠永遠用下去了。”
丁儀將頭歪向一邊，撇了撇嘴，這是當他想要反駁對方時的習慣動作，“不是永遠，老劉。”
“去你的，差不多就是永遠。直到太陽完蛋，老丁。”
“那就不是永遠。”
“好吧。幾十億年，可能一百億年，這下滿意了吧？”
丁儀用手梳著他稀薄的頭發，仿佛要確認還剩下了一些。他緩緩地泯著自己的酒說，“一百億年也不是永遠。”
“但對我們來說是夠了，不是嗎？”
“如果說夠，其實鈾235對我們來說也夠了。”
“好好好，但是現在我們能把宇宙飛船連接到太陽能電站，然后飛到冥王星又飛回來一百萬次而不用擔心燃料。靠鈾235你就做不到。不信你去問問超腦。”
“我不用問它。我知道。”
“那就不要小看超腦為我們做的事，”汪淼怒道，“它做得很好。”
“誰說它做得不好？我是說太陽不能永遠燃燒下去，我只是這個意思。我們在一百億年內可以高枕無憂，但是然后呢？”丁儀用略微顫抖的手指指著對方，“不要說我們換另外一個太陽。”
倆人沉默了一會兒。汪淼偶爾將酒杯放到唇邊，而丁儀則慢慢地閉上了眼睛。兩人都在休息。
然后丁儀突然睜開眼，說：“你在想當我們的太陽沒了就換另外一個太陽，是吧？”
“我沒這么想。”
“你就是這么想的。你的邏輯不行，這就是你的問題。你就像故事里說的那個人一樣，碰上了雨就跑到樹林里躲在一棵樹下。他可不擔心，是吧，因為他以為當這棵樹淋得太濕的時候他只要跑到另一棵樹下就行。”
“我知道，”汪淼說，“別嚷嚷。太陽完蛋了，其他的也都會完蛋。”
“完全正確，”丁儀嘟噥道，“一切都起源于宇宙大爆炸中，盡管我們還不知道是什么原因導致的。但是當所有的恒星都熄滅了，一切也都會有個結束。有的星星熄滅得比別的早。像那些該死的巨星維持不了一億年。我們的太陽能持續一百億年，紅矮星再怎么樣最多也只有兩千億年。一萬億年后一切都是一片漆黑。熵必須增加到最大值，就是這樣。”
“我非常明白什么是熵，”汪淼維護著他的自尊。
“你明白個屁。”
“我跟你知道的一樣多。”
“那你該知道某一天所有的東西都會耗光。”
“是是是。誰說它們不會呢？”
“你剛才說什么來著，你這個糊涂蟲。你剛才說我們有永遠用不完的能量。你說的是'永遠’。”
汪淼有點小尷尬，不過他馬上反駁說：“也許有一天我們能讓一切從頭開始。”
“絕不可能。”
“為什么？總有那么一天的。”
“沒有。”
“問問超腦。”
“你去問超腦。我賭100元它說這不可能。”
汪淼剛剛醉到愿意一試，又剛剛足夠清醒到能拼寫出問問題需要的代碼。這個問題用文字來表達就是：怎樣使宇宙的熵值降低？
超腦陷入了靜止和沉默。緩慢閃爍的燈光熄滅了，深處傳來的嗶嗶聲也停止了。
（未完待續）
百聞不如一見，我們北京見！
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