能量/物质的尽头会是什么？
2024-11-19 阅读 12
更新于 2024年11月21日
看起来，提问者并没有定义何谓“尽头”。
如果是想问“在遥远的未来，能量、物质会怎么样”，那么从现在的观测现象看，可观测宇宙里的物质会在遥远的未来全部变为辐射或至少变得非常稀疏，辐射的能量会衰减到非常接近零，暗能量的能量密度或许不会改变。或许，届时可观测宇宙内会再次发生暴胀、出现大量的物质和能量。
提问者说“能量不会凭空产生也不会凭空消失，目前大多数人的认为是能量起源于宇宙奇点大爆炸”，我认为这是不对的。膨胀宇宙中辐射的能量和暗能量并不守恒。热大爆炸不是从奇点开始的。提问者可以看看关于暴胀的论文，也可以暂时参考我回答过的：
不需要有题述的“引起爆炸的能量和奇点在爆炸之前自身的能量”。宇宙大爆炸不是爆炸。提问者要谈“从虚无到如今的宇宙”，想到了宇宙可以从零能量的初始态开始，看起来这不难联系到霍金-哈特尔无边界条件。
1981 年，霍金发表了论文《宇宙边界条件》，提议宇宙可能没有边界，即没有起源或终结。1983 年，霍金与詹姆斯·哈特尔合作提出宇宙无边界模型：在普朗克时期之前，由于量子力学的不确定性原理，宇宙没有时空边界；在极早期宇宙里只有空间、没有时间。那之后，霍金多次谈到，宇宙可以通过量子机制整个涌现于虚无之中。我们可以构建这样的模型：宇宙的总能量是零。在宇宙的总能量是零的情况下，要平衡恒星的能量，简单有效的方法是抬出引力：引力是吸引的，引力能是负的，你必须做功才能把引力束缚的系统（例如地球和月球）分离开。但是，地球的引力能不到构成地球的物质粒子的不变质量所对应之能量的十亿分之一。恒星这样的物体会有更负的引力能，恒星的尺寸越小（它的不同部分相互靠得越近），引力能就越负。可是，在引力能足以抵消自身的不变质量之前，该恒星就足够坍缩成黑洞了，而黑洞具有正的能量。这导致真空的相对稳定，避免在你脸上随机涌现恒星或黑洞[1]。而整个宇宙却能自发涌现。因为引力赋形于时空，允许时空局部稳定且全体不稳定。在全宇宙的尺度下，物质的能量可以被引力能的负能量抵消到零。由此，宇宙可以从无之中自我创生，而不需要一个非常特殊的奇点，或是任何类型的创世者。至于提问者想到的“当今的宇宙是外在或高维空间创造的投影，目的在于观察高级生命形式未来的终点、文明发展灭亡的规律或是其它目的，而外在空间可以通过不同一定的方式凭空产生能量”，我认为这是不必要地引入了目的论，是模拟宇宙论的一种形式。我认为不必对这种假说太当真，在可预见的未来，这假说缺少可证伪性。
熵是系统的量子态的可能排列的数量，这不等同于混乱度。当前可观测宇宙的熵主要来自超大质量黑洞，那之外的所有物质和辐射的熵总量微不足道。
Ethan Siegel 指出：
估计银河系中心黑洞现在的熵约 10^{91}k_{B}10^{91}k_{B} ，是热大爆炸发生时宇宙的总熵的约 1000 倍；当前可观测宇宙的总熵以“将其当成黑洞”的方法计算约 10^{103}k_{B}10^{103}k_{B}；当前可观测宇宙里有数千亿个超大质量黑洞，它们的黑洞熵的总和与可观测宇宙的总熵相近。“熵增定律对宇宙整体不适用”的想法在物理学界并不罕见。宇宙看起来不是封闭系统。自引力系统的熵没有上限。你还可以想到另一些困扰成天滥用“熵增”的人们的疑问：
宇宙的初始态和早期宇宙的熵如何？从高温高密度的早期宇宙到现在，宇宙的熵经历了什么样的变化，是否在某个时刻出现了巨大规模的熵减？在这类问题里，要考虑的不是熵总量而是熵密度。
