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第1行： − 此词条暂由彩云小译翻译，翻译字数共2403，未经人工整理和审校，带来阅读不便，请见谅。+ − − {{For|the album by Off Minor|The Heat Death of the Universe}} − If the topology of the universe is open or flat, or if dark energy is a positive cosmological constant (both of which are consistent with current data), the universe will continue expanding forever, and a heat death is expected to occur, with the universe cooling to approach equilibrium at a very low temperature after a very long time period.+ − − 如果宇宙的拓扑结构是开放的或者是平坦的，或者暗能量是一个正宇宙学常数(两者都与当前的数据一致) ，那么宇宙将永远继续膨胀，并且预计会发生热死亡，在很长一段时间后，宇宙将在一个非常低的温度下达到平衡。 − − {{Cite book − − | title = Death from the Skies! − − The hypothesis of heat death stems from the ideas of Lord Kelvin, who in the 1850s took the theory of heat as mechanical energy loss in nature (as embodied in the first two laws of thermodynamics) and extrapolated it to larger processes on a universal scale. − − 热死的假说来源于开尔文勋爵的思想，他在19世纪50年代把热理论看作是自然界中的机械能损失(正如前两个热力学定律所体现的那样) ，并将其推广到普遍规模的更大过程中。 − − | last = Plait − − | first = Philip − − | publisher = Viking Adult − − The concept of the heat death of the universe is based on the observation that the gravitational potential energy of the universe, also known as rest mass that is stored mostly in baryons, self‑gravitationally shrinks and heats up to ever higher temperatures. Consequently, the ever‑smaller and ever‑hotter baryons "evaporate", with an exponential acceleration, into the seemingly expanding ambient space as photons, so that eventually the universe will consist of zero‑frequency photons: − − 宇宙热死的概念是基于这样的观察: 宇宙的重力位能量，也被称为剩余质量，大部分储存在重子中，自我; 引力收缩和加热到更高的温度。因此，越来越小、越来越热的重子以指数加速“蒸发” ，进入看似正在扩张的周围空间，成为光子，因此最终宇宙将由频率为0的光子组成: − − | isbn = 978-0-670-01997-7 − − <blockquote> − − < 我们的目标是什么 > − − | publication-date = 16 October 2008 − − If the rest mass decreases by Δm<sub>0</sub>, the kinetic energy E = c<sup>2</sup>Δm<sub>0</sub> is produced. The same thing is true if we replace production of kinetic energy E by production of radiant energy E. Continuing this line of argument, one can envisage the possibility that the whole rest mass m of a body could be converted into energy. Then the energy E = m<sub>0</sub>c<sup>2</sup> would be produced and the whole rest mass of the body would disappear. − − 如果静止质量减小到 δm < sub > 0 </sub > ，动能 e = c < sup > 2 </sup > δm < sub > 0 </sub > 。如果我们用辐射能的产生来代替动能的产生，情况也是如此。继续这一论点，我们可以设想一个物体的整个静止质量 m 可以转化为能量的可能性。然后产生能量 e = m < sub > 0 </sub > c < sup > 2 </sup > ，使整个身体的静止质量消失。 − − | pages = 259 − − —[https://dokumen.pub/qdownload/international-encyclopedia-of-unified-science-vol-1-nos-6-10.html International Encyclopedia of Unified Science] Vol. 1, nos. 6–10, University of Chicago Press, 1955, p. 460 − − 国际统一科学百科全书 https://dokumen.pub/qdownload/International-Encyclopedia-of-Unified-Science-Vol-1-nos-6-10.html。1，no.6-10，芝加哥大学出版社，1955，第460页 − − | author-link = Phil Plait − − </blockquote> − − − − | title-link = Death from the Skies! − − <blockquote> − − < 我们的目标是什么 > − − | year = 2008 − − Although mechanical energy is indestructible, there is a universal tendency to its dissipation, which produces throughout the system a gradual augmentation and diffusion of heat, cessation of motion and exhaustion of the potential energy of the material Universe. − − 虽然机械能是坚不可摧的，但是它的耗散有一种普遍的趋势，这种趋势使整个系统产生热量的逐渐增加和扩散、运动停止和物质宇宙的势能耗尽。 − − }}</ref>。也就是说，宇宙在很长一段时间后会冷却到很低的温度保持平衡。 − − ——汤姆森，威廉。[http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_the_age_of_the_suns_heat.html 论太阳热能的年龄]， 麦克米伦杂志，1862年3月5日，388–93页 − − − < 我们的目标是什么 >+ − 热寂的概念是基于这样的观察：宇宙的重力势能，也被称为主要储存在重子中的静止质量，会进行自我重力式地收缩并加热到越来越高的温度。因此，越来越小、越来越热的重子以指数级的加速度 "蒸发 "到看似膨胀的环境空间中，成为光子。所以，最终宇宙将由零频率的光子组成。+ − 所有的变化都是相对的。相对于我们常见的物质标准，宇宙正在扩张; 相对于宇宙的大小，我们的物质标准在不断缩小。“膨胀宇宙”理论也可以称为“收缩原子”理论。<blockquote>那么，让我们把整个宇宙作为我们的恒定标准，并采用一个宇宙存在的观点，其身体由星系间的空间组成，并随着它们的膨胀而膨胀。或者更确切地说，我们现在必须说它保持了同样的规模，因为它不会承认是它改变了。观察这几千万年的历史，它看到我们在缩小：原子、动物、行星，甚至星系，都同样在缩小。只有星系间的空间保持不变。地球绕着太阳旋转，轨道越来越小。把它不断变化的演变当作一个固定的时间单位是荒谬的。宇宙的存在将自然地把他的长度和时间单位联系起来，使光速保持不变。而我们的岁月将在宇宙的时间尺度上以几何级数递减。在那个尺度上，人的生命变得越来越短暂， 他的三十岁和十岁是一个不断减少的限额。由于几何级数的特性，我们的无限年数加起来将是一个有限的宇宙时间；因此，我们应该称之为永恒的结束只是宇宙日历中一个普通的有限日期。但是在那一天，宇宙在我们的推算中已经膨胀到无穷大，而我们在宇宙存在的推算中已经缩小到什么也没有。(只提供英文版本)+ − + 第90行：
第26行： − :—[https://dokumen.pub/qdownload/international-encyclopedia-of-unified-science-vol-1-nos-6-10.html International Encyclopedia of Unified Science] Vol. 1, nos. 6–10, University of Chicago Press, 1955, p. 460+ − </blockquote>虽然机械能是不可破坏的，但它有一个普遍的耗散趋势，这在整个系统中导致了热量的逐渐增加和扩散、运动的停止和物质宇宙的势能的耗尽。<blockquote>+ − :——汤姆森·威廉， [http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_the_age_of_the_suns_heat.html On the Age of the Sun’s Heat]，麦克米伦杂志，1862年3月5日，388-93页+ − ー布鲁克斯·迈克尔，[https://web.archive.org/web/20160413033955/http:/www.newscientist.com/article/mg20527511-300-roger-penrose-non-stop-cosmos-non-stop-career/ Roger Penrose: Non-stop cosmos, non-stop career]，《新科学家》，2010年3月10日+ − + − <blockquote> − − 开尔文爵士在1852年提出了宇宙热寂的概念。 − − </blockquote> − − <blockquote></blockquote> 第157行：
第86行： − − 马克斯·普朗克写道，"宇宙的熵 "这个短语没有任何意义，因为它无法有准确的定义。最近，沃尔特·格兰迪写道："谈论一个我们仍然了解甚少的宇宙的熵是相当冒昧的，我们想知道，对于一个在整个存在过程中从未处于平衡状态的宇宙及其主要成分，人们如何定义热力学熵。"根据蒂萨的说法 "如果一个孤立的系统不处于平衡状态，我们就不能把熵与它联系起来"。布赫达尔写道："‘宇宙可以被视为一个封闭的热力学系统’，这是一个完全不合理的假设。"根据加拉沃蒂的说法："......对于失去平衡的系统，即使在静止状态下，也没有普遍接受的熵的概念。"在讨论一般的非平衡状态的熵问题时，Lieb和Yngvason表达了他们的观点如下："尽管大多数物理学家相信有这样一个非平衡熵，但到目前为止，已经证明不可能以一种明显令人满意的方式来定义它。”在兰茨伯格看来 "第三个误解是，热力学，特别是熵的概念，不需要进一步探究就可以适用于整个宇宙。...... 这些问题有一定的吸引力，但答案都是猜测，并且超出了本书的范围"。 − − − 2010年对熵状态的一份分析表明，"一般引力场的熵仍不为人所知"，"引力熵很难量化"。该分析考虑了估算所需的几种可能的假设，并且表明可观测宇宙的熵比之前想象的要多。这是因为分析的结论是：超大质量黑洞是最大的贡献者。李 · 斯莫林更进一步说："人们早就知道，引力对于防止宇宙进入热平衡非常重要。引力束缚系统具有负的比热——也就是说，当能量消失时，其组分的速度会增加。...... 这样的系统不会演化到均匀的平衡状态。相反，随着它被分割成子系统，它会变得越来越结构化和异质化。 − − + − 最近在一个相对简单的封闭系统中的非平衡稳态的实验发现，也支持了这一观点。 可以预期的是，一个被分割成子系统的孤立系统不一定能达到热力学平衡并保持在非平衡稳态。熵将从一个子系统传递到另一个子系统，但其产生量将为零，这与热力学第二定律并不矛盾。 − − − − − 第225行：
第142行： − 类别: 物理宇宙学+ − + − 类别: 热力学熵 − 分类: 末日情景+ + − 类别: 1851年的科学+ + − 类别: 宇宙的终极命运+ +
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'''宇宙的热寂'''，也被称为大寒或大冻结<ref>[http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_fate.html WMAP – Fate of the Universe], ''WMAP's Universe'', [[NASA]]. Accessed online July 17, 2008.</ref>，是对宇宙最终命运的猜测，这表明宇宙将进化到没有热力学自由能的状态，因此将无法维持熵增的过程。热寂并不意味着任何特定的绝对温度; 它只要求温差或其他过程可能不再被利用来进行做工。用物理学的语言来说，此时宇宙达到热力学平衡（最大熵）。
'''宇宙的热寂'''，也被称为大寒或大冻结<ref>[http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_fate.html WMAP – Fate of the Universe], ''WMAP's Universe'', [[NASA]]. Accessed online July 17, 2008.</ref>，是对宇宙最终命运的猜测，这表明宇宙将进化到没有热力学自由能的状态，因此将无法维持熵增的过程。热寂并不意味着任何特定的绝对温度; 它只要求温差或其他过程可能不再被利用来进行做工。用物理学的语言来说，此时宇宙达到热力学平衡（最大熵）。
如果宇宙的拓扑结构是开放的或平坦的，或者如果暗能量是一个正的宇宙学常数（两者都与目前的数据一致），宇宙将永远继续膨胀，预计会出现热寂<ref name="DftS">
如果宇宙的拓扑结构是开放的或平坦的，或者如果暗能量是一个正的宇宙学常数（两者都与目前的数据一致），宇宙将永远继续膨胀，预计会出现热寂<ref name="DftS">
Plait, Philip (2008). ''Death from the Skies!''. Viking Adult (published 16 October 2008). p. 259. ISBN <bdi>978-0-670-01997-7</bdi>.</ref>。也就是说，宇宙在很长一段时间后会冷却到很低的温度保持平衡。
</blockquote >
热寂的假设源于开尔文勋爵的想法，他在19世纪50年代将热力学理论作为自然界的机械能量损失（体现在热力学的前两个定律中）的解释，并将其外推到全球范围内的更大过程。
热寂的假设源于开尔文勋爵的想法，他在19世纪50年代将热力学理论作为自然界的机械能量损失（体现在热力学的前两个定律中）的解释，并将其外推到全球范围内的更大过程。
==概念==
==概念==
热寂的概念是基于这样的观察：宇宙的重力势能，也被称为主要储存在重子中的静止质量，会进行自我重力式地收缩并加热到越来越高的温度。因此，越来越小、越来越热的重子以指数级的加速度 "蒸发 "到看似膨胀的环境空间中，成为光子。所以，最终宇宙将由零频率的光子组成。
所有的变化都是相对的。相对于我们常见的物质标准，宇宙正在扩张; 相对于宇宙的大小，我们的物质标准在不断缩小。“膨胀宇宙”理论也可以称为“收缩原子”理论。
那么，让我们把整个宇宙作为我们的恒定标准，并采用一个宇宙存在的观点，其身体由星系间的空间组成，并随着它们的膨胀而膨胀。或者更确切地说，我们现在必须说它保持了同样的规模，因为它不会承认是它改变了。观察这几千万年的历史，它看到我们在缩小：原子、动物、行星，甚至星系，都同样在缩小。只有星系间的空间保持不变。地球绕着太阳旋转，轨道越来越小。把它不断变化的演变当作一个固定的时间单位是荒谬的。宇宙的存在将自然地把他的长度和时间单位联系起来，使光速保持不变。而我们的岁月将在宇宙的时间尺度上以几何级数递减。在那个尺度上，人的生命变得越来越短暂， 他的三十岁和十岁是一个不断减少的限额。由于几何级数的特性，我们的无限年数加起来将是一个有限的宇宙时间；因此，我们应该称之为永恒的结束只是宇宙日历中一个普通的有限日期。但是在那一天，宇宙在我们的推算中已经膨胀到无穷大，而我们在宇宙存在的推算中已经缩小到什么也没有。(只提供英文版本)
如果静止质量减少了 Δ''m''<sub>0</sub>就会产生''E'' = ''c''<sup>2</sup>Δ''m''<sub>0</sub>的动能。如果我们用辐射能''E'' 的产生代替动能''E''的产生，情况也是一样的。继续这一论证思路，我们可以设想，一个物体的全部静止质量''m'' 转化为能量的可能性。于是 ''E'' = ''m''<sub>0</sub>''c''<sup>2</sup>的能量会被产生，而物体整个的静止质量就会消失。
如果静止质量减少了 Δ''m''<sub>0</sub>就会产生''E'' = ''c''<sup>2</sup>Δ''m''<sub>0</sub>的动能。如果我们用辐射能''E'' 的产生代替动能''E''的产生，情况也是一样的。继续这一论证思路，我们可以设想，一个物体的全部静止质量''m'' 转化为能量的可能性。于是 ''E'' = ''m''<sub>0</sub>''c''<sup>2</sup>的能量会被产生，而物体整个的静止质量就会消失。<blockquote>
——亚瑟·爱丁顿. [https://archive.org/details/in.ernet.dli.2015.220736/page/n105/mode/2up The Expanding Universe] CUP, 1933年，90–92页
——亚瑟·爱丁顿. [https://archive.org/details/in.ernet.dli.2015.220736/page/n105/mode/2up The Expanding Universe] CUP, 1933年，90–92页
虽然机械能是不可破坏的，但它有一个普遍的耗散趋势，这在整个系统中导致了热量的逐渐增加和扩散、运动的停止和物质宇宙的势能的耗尽。
——[https://dokumen.pub/qdownload/international-encyclopedia-of-unified-science-vol-1-nos-6-10.html International Encyclopedia of Unified Science] Vol. 1, nos. 6–10, University of Chicago Press, 1955, p. 460
在所有重子蒸发之后，由此产生的零频率光子浴与空的空间无异，它们将凝结成新的质子。每个质子都有几英里宽，它们将经历另一个长达138亿年的指数加速收缩和蒸发过程。就这样无休止地进行下去：
在所有重子蒸发之后，由此产生的零频率光子浴与空的空间无异，它们将凝结成新的质子。每个质子都有几英里宽，它们将经历另一个长达138亿年的指数加速收缩和蒸发过程。就这样无休止地进行下去：
——汤姆森·威廉，[http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_the_age_of_the_suns_heat.html 论太阳热能的年龄]， 麦克米伦杂志，1862年3月5日，388–93页
根据标准观点，暗能量将引导宇宙进入永恒的加速膨胀状态。每一点物质最终都会与其他每一点失去联系。彭罗斯说: "这一切在我看来都令人难以置信的无聊。"然后他在其中发现了一些有趣的东西：在宇宙的终点，唯一剩下的粒子将是无质量的。这意味着所有存在的事物都将以光速旅行，使时间的流动变得毫无意义。经过一些数学上的无限操作，跳出了一个永无止境的宇宙，而新的大爆炸是一个宇宙消亡的必然结果。在彭罗斯的理论中，一个宇宙导致了另一个宇宙。他说："我曾经说这是一个疯狂的计划，但我现在开始相信它了。“
根据标准观点，暗能量将引导宇宙进入永恒的加速膨胀状态。每一点物质最终都会与其他每一点失去联系。彭罗斯说: "这一切在我看来都令人难以置信的无聊。"然后他在其中发现了一些有趣的东西：在宇宙的终点，唯一剩下的粒子将是无质量的。这意味着所有存在的事物都将以光速旅行，使时间的流动变得毫无意义。经过一些数学上的无限操作，跳出了一个永无止境的宇宙，而新的大爆炸是一个宇宙消亡的必然结果。在彭罗斯的理论中，一个宇宙导致了另一个宇宙。他说："我曾经说这是一个疯狂的计划，但我现在开始相信它了。“
——布鲁克斯·迈克尔，[https://web.archive.org/web/20160413033955/http:/www.newscientist.com/article/mg20527511-300-roger-penrose-non-stop-cosmos-non-stop-career/ Roger Penrose: Non-stop cosmos, non-stop career]，《新科学家》，2010年3月10日
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==概念的起源==
==Origins of the idea==
热寂的概念来源于热力学第二定律，其中一种说法认为，在一个孤立的系统中，熵有增加的趋势。由此，该假说暗示，如果宇宙持续足够长的时间，它将渐进地接近所有能量都均匀分布的状态。换句话说，根据这一假设，自然界中存在着机械能（运动）耗散（能量转化）为热能的趋势。因此，通过推断就有了这样一种观点，即随着时间的推移，宇宙的机械运动会因为第二定律的作用而转化为热能然后耗尽。
热寂的概念来源于热力学第二定律，其中一种说法认为，在一个孤立的系统中，熵有增加的趋势。由此，该假说暗示，如果宇宙持续足够长的时间，它将渐进地接近所有能量都均匀分布的状态。换句话说，根据这一假设，自然界中存在着机械能（运动）耗散（能量转化）为热能的趋势。因此，通过推断就有了这样一种观点，即随着时间的推移，宇宙的机械运动会因为第二定律的作用而转化为热能然后耗尽。
“宇宙中的所有物体都会冷却，最终变得太冷而无法支持生命”，这一猜想似乎是由法国天文学家让-西尔万-贝利于1777年在其关于天文学历史的著作中以及随后与伏尔泰的通信中首次提出的。在贝利看来，所有行星都有内部热量，现在正处于某种特定的冷却阶段。例如，木星仍然太热，在数千年内都不会出现生命，而月球已经太冷了。在这一观点中，最终状态被描述为一种 "平衡 "状态，在这种平衡中，所有的运动都停止了。<ref>
“宇宙中的所有物体都会冷却，最终变得太冷而无法支持生命”，这一猜想似乎是由法国天文学家让-西尔万-贝利于1777年在其关于天文学历史的著作中以及随后与伏尔泰的通信中首次提出的。在贝利看来，所有行星都有内部热量，现在正处于某种特定的冷却阶段。例如，木星仍然太热，在数千年内都不会出现生命，而月球已经太冷了。在这一观点中，最终状态被描述为一种 "平衡 "状态，在这种平衡中，所有的运动都停止了。<ref>
In the years to follow both Thomson's 1852 and the 1862 papers, Helmholtz and Rankine both credited Thomson with the idea, but read further into his papers by publishing views stating that Thomson argued that the universe will end in a "heat death" (Helmholtz) which will be the "end of all physical phenomena" (Rankine).
In the years to follow both Thomson's 1852 and the 1862 papers, Helmholtz and Rankine both credited Thomson with the idea, but read further into his papers by publishing views stating that Thomson argued that the universe will end in a "heat death" (Helmholtz) which will be the "end of all physical phenomena" (Rankine).
然而，热寂作为热力学定律的后果的想法最早是在1851年由开尔文勋爵(William Thomson)以宽松的术语提出的，他进一步把萨迪 · 卡诺(1824年)、詹姆斯 · 朱尔(1843年)和鲁道夫 · 克劳修斯(1850年)的机械能损失观点进行理论化。在接下来的十年里，赫尔曼·冯·亥姆霍兹和威廉 · 兰金详细阐述了汤姆森的观点。
然而，热寂作为热力学定律的后果的想法最早是在1851年由开尔文勋爵(William Thomson)以宽松的术语提出的，他进一步把萨迪 · 卡诺(1824年)、詹姆斯 · 朱尔(1843年)和鲁道夫 · 克劳修斯(1850年)的机械能损失观点进行理论化。在接下来的十年里，赫尔曼·冯·亥姆霍兹和威廉 · 兰金详细阐述了汤姆森的观点。
===历史===
===历史===
宇宙热寂的概念来源于对前两个热力学定律在宇宙过程中的应用的讨论。特别是在1851年，开尔文勋爵根据最近关于热的动力学理论的实验，概述了这一观点："热不是一种物质，而是机械效应的一种动力学形式，我们察觉到机械功和热之间必然存在等价关系，就像原因和结果之间一样"。<ref>Thomson, Sir William. (1851). [https://zapatopi.net/kelvin/papers/on_the_dynamical_theory_of_heat.html "On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr Joule’s equivalent of a Thermal Unit, and M. Regnault’s Observations on Steam"] Excerpts. [§§1–14 & §§99–100], ''[[Transactions of the Royal Society of Edinburgh]]'', March 1851, and ''[[Philosophical Magazine|Philosophical Magazine IV]]'', 1852. [from ''Mathematical and Physical Papers'', vol. i, art. XLVIII, pp. 174]</ref>
宇宙热寂的概念来源于对前两个热力学定律在宇宙过程中的应用的讨论。特别是在1851年，开尔文勋爵根据最近关于热的动力学理论的实验，概述了这一观点："热不是一种物质，而是机械效应的一种动力学形式，我们察觉到机械功和热之间必然存在等价关系，就像原因和结果之间一样"。<ref>Thomson, Sir William. (1851). [https://zapatopi.net/kelvin/papers/on_the_dynamical_theory_of_heat.html "On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr Joule’s equivalent of a Thermal Unit, and M. Regnault’s Observations on Steam"] Excerpts. [§§1–14 & §§99–100], ''[[Transactions of the Royal Society of Edinburgh]]'', March 1851, and ''[[Philosophical Magazine|Philosophical Magazine IV]]'', 1852. [from ''Mathematical and Physical Papers'', vol. i, art. XLVIII, pp. 174]</ref>
:——布鲁克斯·迈克尔，[https://web.archive.org/web/20160413033955/http:/www.newscientist.com/article/mg20527511-300-roger-penrose-non-stop-cosmos-non-stop-career/ Roger Penrose: Non-stop cosmos, non-stop career] ''New Scientist'', 2010 年3月10日
:——布鲁克斯·迈克尔，[https://web.archive.org/web/20160413033955/http:/www.newscientist.com/article/mg20527511-300-roger-penrose-non-stop-cosmos-non-stop-career/ Roger Penrose: Non-stop cosmos, non-stop career] ''New Scientist'', 2010 年3月10日
[[文件:Lord Kelvin photograph.jpg|链接=link=Special:FilePath/Lord_Kelvin_photograph.jpg|替代=|缩略图|开尔文爵士在1852年产生了宇宙热寂的概念。]]
[[Image:Lord Kelvin photograph.jpg|175px|right|thumb|[[William Thomson, 1st Baron Kelvin|Lord Kelvin]] originated the idea of universal heat death in 1852.|链接=Special:FilePath/Lord_Kelvin_photograph.jpg]]
1852年，汤姆森出版了《论自然界中机械能耗散的普遍趋势》，其中他概述了热力学第二定律的基本内容，并总结出“机械运动和用于创造该运动的能量将自然趋于耗散或耗尽”的观点<ref>Thomson, Sir William (1852). [https://zapatopi.net/kelvin/papers/on_a_universal_tendency.html "On a Universal Tendency in Nature to the Dissipation of Mechanical Energy"] ''[[Proceedings of the Royal Society of Edinburgh]]'' for 19 April 1852, also ''[[Philosophical Magazine]]'', Oct. 1852. [This version from ''Mathematical and Physical Papers'', vol. i, art. 59, pp. 511.]</ref>。这篇论文中的观点，就其应用于太阳的年龄和宇宙运行动力学而言，吸引了威廉·兰肯和赫尔曼·冯·亥姆霍兹等人。据说他们三人就这个问题交换了意见<ref name="Energy and Empire">
1852年，汤姆森出版了《论自然界中机械能耗散的普遍趋势》，其中他概述了热力学第二定律的基本内容，并总结出“机械运动和用于创造该运动的能量将自然趋于耗散或耗尽”的观点<ref>Thomson, Sir William (1852). [https://zapatopi.net/kelvin/papers/on_a_universal_tendency.html "On a Universal Tendency in Nature to the Dissipation of Mechanical Energy"] ''[[Proceedings of the Royal Society of Edinburgh]]'' for 19 April 1852, also ''[[Philosophical Magazine]]'', Oct. 1852. [This version from ''Mathematical and Physical Papers'', vol. i, art. 59, pp. 511.]</ref>。这篇论文中的观点，就其应用于太阳的年龄和宇宙运行动力学而言，吸引了威廉·兰肯和赫尔曼·冯·亥姆霍兹等人。据说他们三人就这个问题交换了意见<ref name="Energy and Empire">
{{Cite book
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在汤姆森1852年和1862年的论文之后的几年里，亥姆霍兹和兰肯都把这个想法归功于汤姆森。但通过发表观点进一步解读他的论文，他们指出汤姆森认为：宇宙将在 "热寂"（亥姆霍兹）中结束，而这将是 "所有物理现象的结束"。（兰肯）<ref name="Energy and Empire" />
在汤姆森1852年和1862年的论文之后的几年里，亥姆霍兹和兰肯都把这个想法归功于汤姆森。但通过发表观点进一步解读他的论文，他们指出汤姆森认为：宇宙将在 "热寂"（亥姆霍兹）中结束，而这将是 "所有物理现象的结束"。（兰肯）<ref name="Energy and Empire" />
== 当前状态 ==
关于宇宙最终状态的提议取决于对其最终命运的假设，而这些假设在20世纪末和21世纪初有很大的不同。在一个假设的 "开放 "或 "平坦 "的宇宙中，继续无限期地膨胀，预计最终要么发生热寂，要么发生大裂变<ref>Plait, Philip (2008). ''Death from the Skies!''. Viking Adult (published 16 October 2008). p. 259. ISBN <bdi>978-0-670-01997-7</bdi>.</ref>。如果宇宙学常数为零，宇宙将在一个非常长的时间尺度内接近绝对零度。然而，如果宇宙学常数是正值，就像最近的观测<ref>Reiss; et al. (1998). "Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant". ''Astronomical Journal''. '''116''' (3): 1009–1038. arXiv:astro-ph/9805201. Bibcode:1998AJ....116.1009R. doi:10.1086/300499</ref>（2011年诺贝尔奖）所显示的那样，温度将渐进到一个非零的正值，宇宙将接近一个最大熵的状态，在这个状态下不可能有进一步的做功<ref>Dyson, Lisa; Kleban, Matthew; Susskind, Leonard (12 November 2002). "Disturbing Implications of a Cosmological Constant". ''Journal of High Energy Physics''. '''2002''' (10): 011. arXiv:hep-th/0208013. Bibcode:2002JHEP...10..011D. doi:10.1088/1126-6708/2002/10/011. S2CID 2344440.</ref>。
== 热寂的时间范围 ==
从大爆炸到今天，我们认为宇宙中的物质和暗物质集中在恒星、星系和星系团中，并且推测未来依然如此。因此，宇宙并未处于热力学平衡状态，物体可以做功<ref name=":0">Adams, Fred C.; Laughlin, Gregory (1997). "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects". ''Reviews of Modern Physics''. '''69''' (2): 337–72. arXiv:astro-ph/9701131. Bibcode:1997RvMP...69..337A. doi:10.1103/RevModPhys.69.337. S2CID 12173790</ref>。由于霍金辐射，一个大约1个星系质量（10<sup>11</sup>个太阳质量）的超大质量黑洞的衰减时间是10<sup>100</sup>年左右<ref>See in particular equation (27) in Page, Don N. (15 January 1976). "Particle emission rates from a black hole: Massless particles from an uncharged, nonrotating hole". ''Physical Review D''. '''13''' (2): 198–206. Bibcode:1976PhRvD..13..198P. doi:10.1103/PhysRevD.13.198.</ref>，所以熵至少可以产生到那个时候。据预测，宇宙中的一些大型黑洞在星系超级星系团的坍缩过程中会继续增长，最大可能达到10<sup>14</sup>M☉。即使是这些黑洞，也会在长达10<sup>106</sup>年的时间范围内消失<ref>Frautschi, Steven (13 August 1982). "Entropy in an Expanding Universe" (PDF). ''Science''. '''217''' (4560): 593–9. Bibcode:1982Sci...217..593F. doi:10.1126/science.217.4560.593. JSTOR 1688892. <nowiki>PMID 17817517</nowiki>. S2CID 27717447. <q>Since we have assumed a maximum scale of gravitational binding—for instance, superclusters of galaxies—black hole formation eventually comes to an end in our model, with masses of up to 10<sup>14</sup><var>M</var><sub>☉</sub> ... the timescale for black holes to radiate away all their energy ranges ... to 10<sup>106</sup> years for black holes of up to 10<sup>14</sup><var>M</var><sub>☉</sub></q></ref>。在那之后，宇宙就进入了所谓的黑暗时代，预计将主要由光子和轻子的稀薄气体组成<ref name=":0" />。由于只剩下非常分散的物质，宇宙的活动将急剧减少，能量水平极低，时间尺度极长。从推测上看，宇宙有可能进入第二个膨胀时代，或者假设目前的真空状态是假真空，那么真空可能会衰变为低能量状态<ref name=":0" />。也有可能，熵的产生将停止，宇宙将达到热寂<ref name=":0" /><nowiki>。另一个宇宙可能是由随机量子波动或量子隧道在大约{\displaystyle 10^{10^{10^{56}}}}10^{10^{10^{56}}}年内产生的</nowiki><ref>Carroll, Sean M.; Chen, Jennifer (October 2004). "Spontaneous Inflation and Origin of the Arrow of Time". Bibcode:2004hep.th...10270C</ref>。有人认为，在漫长的时间里，自发的熵减少最终会庞加莱递归定理<ref>Poincaré, Henri (1890). "Sur le problème des trois corps et les équations de la dynamique". ''Acta Mathematica''. '''13''': A3–A270.</ref>、热波动<ref>Tegmark, Max (2003). "Parallel Universes". ''Scientific American''. '''288''' (2003): 40–51. arXiv:astro-ph/0302131. Bibcode:2003SciAm.288e..40T. doi:10.1038/scientificamerican0503-40. <nowiki>PMID 12701329</nowiki>.</ref><ref>Tegmark, Max (May 2003). "Parallel Universes". ''Scientific American''. '''288''' (5): 40–51. arXiv:astro-ph/0302131. Bibcode:2003SciAm.288e..40T. doi:10.1038/scientificamerican0503-40<nowiki/>PMID 12701329</ref><ref>Werlang, T.; Ribeiro, G. A. P.; Rigolin, Gustavo (2013). "Interplay between quantum phase transitions and the behavior of quantum correlations at finite temperatures". ''International Journal of Modern Physics B''. '''27''' (1n03): 1345032. arXiv:1205.1046. Bibcode:2013IJMPB..2745032W. doi:10.1142/S021797921345032X. S2CID 119264198.</ref>、和波动定理<ref>Xiu-San Xing (1 November 2007). "Spontaneous entropy decrease and its statistical formula". arXiv:0710.4624 [cond-mat.stat-mech].</ref><ref>Linde, Andrei (2007). "Sinks in the landscape, Boltzmann brains and the cosmological constant problem". ''Journal of Cosmology and Astroparticle Physics''. '''2007''' (1): 022. arXiv:hep-th/0611043. Bibcode:2007JCAP...01..022L. CiteSeerX 10.1.1.266.8334. doi:10.1088/1475-7516/2007/01/022. S2CID 16984680.</ref>的作用下发生。然而，这种情况被描述为 "高度推测，很可能是错误的，[而且]完全无法测试。<ref>Pimbblet, Kevin (3 September 2015). "The fate of the universe: heat death, Big Rip or cosmic consciousness?". ''The Conversation''.</ref>"肖恩-M-卡罗尔最初是这种想法的倡导者，但现在不再支持它了<ref>Carroll, Sean (27 January 2014). ''Sean Carroll, "Fluctuations in de Sitter Space" FQXi conference 2014 in Vieques''. FQXi.</ref><ref>Boddy, Kimberly K.; Carroll, Sean M.; Pollack, Jason (2014). "De Sitter Space Without Dynamical Quantum Fluctuations". arXiv:1405.0298 [hep-th].</ref>。
== 反对观点 ==
马克斯·普朗克写道，"宇宙的熵 "这个短语没有任何意义，因为它无法有准确的定义<ref>Uffink, Jos (2003). "Irreversibility and the Second Law of Thermodynamics". In Greven, Andreas; Warnecke, Gerald; Keller, Gerhard (eds.). ''Entropy (Princeton Series in Applied Mathematics)''. Princeton University Press. p. 129. ISBN <bdi>978-0-691-11338-8</bdi>. <q>The importance of Planck's Vorlesungen über Thermodynamik (Planck 1897) can hardly be [over]estimated. The book has gone through 11 editions, from 1897 until 1964, and still remains the most authoritative exposition of classical thermodynamics.</q></ref><ref>Planck, Max (1903). ''Treatise on Thermodynamics''. Translated by Ogg, Alexander. London : Longmans, Green. p. 101.</ref>。最近，沃尔特·格兰迪写道："谈论一个我们仍然了解甚少的宇宙的熵是相当冒昧的，我们想知道，对于一个在整个存在过程中从未处于平衡状态的宇宙及其主要成分，人们如何定义热力学熵。"<ref>Grandy, Walter T., Jr. (2008). ''Entropy and the Time Evolution of Macroscopic Systems''. Oxford University Press. p. 151. ISBN <bdi>978-0-19-954617-6</bdi>.</ref>根据蒂萨的说法 "如果一个孤立的系统不处于平衡状态，我们就不能把熵与它联系起来"<ref>Tisza, László (1966). ''Generalized Thermodynamics''. MIT Press. p. 41. ISBN <bdi>978-0-262-20010-3</bdi>.</ref>。布赫达尔写道："‘宇宙可以被视为一个封闭的热力学系统’，这是一个完全不合理的假设。<ref>Buchdahl, H. A. (1966). ''The Concepts of Classical Thermodynamics''. Cambridge University Press. p. 97. ISBN <bdi>978-0-521-11519-3</bdi>.</ref>"根据加拉沃蒂的说法："......对于失去平衡的系统，即使在静止状态下，也没有普遍接受的熵的概念。<ref>Gallavotti, Giovanni (1999). ''Statistical Mechanics: A Short Treatise''. Springer. p. 290. ISBN <bdi>978-3-540-64883-3</bdi>.</ref>"在讨论一般的非平衡状态的熵问题时，艾略特-H-列布和雅克布·英格瓦森表达了他们的观点如下："尽管大多数物理学家相信有这样一个非平衡熵，但到目前为止，已经证明不可能以一种明显令人满意的方式来定义它。”<ref>Lieb, Elliott H.; Yngvason, Jakob (2003). "The entropy of classical thermodynamics". In Greven, Andreas; Warnecke, Gerald; Keller, Gerhard (eds.). ''Entropy (Princeton Series in Applied Mathematics)''. Princeton University Press. p. 190. ISBN <bdi>978-0-691-11338-8</bdi>.</ref>在兰茨伯格看来 "第三个误解是，热力学，特别是熵的概念，不需要进一步探究就可以适用于整个宇宙。...... 这些问题有一定的吸引力，但答案都是猜测，并且超出了本书的范围"。
2010年对熵状态的一份分析表明，"一般引力场的熵仍不为人所知"，"引力熵很难量化"。该分析考虑了估算所需的几种可能的假设，并且表明可观测宇宙的熵比之前想象的要多。这是因为分析的结论是：超大质量黑洞是最大的贡献者<ref>Egan, Chas A.; Lineweaver, Charles H. (2010). "A Larger Estimate of the Entropy of the Universe". ''The Astrophysical Journal'' (published 3 February 2010). '''710''' (2): 1825–34 [1826]. arXiv:0909.3983. Bibcode:2010ApJ...710.1825E. doi:10.1088/0004-637X/710/2/1825. S2CID 1274173.</ref>。李 · 斯莫林更进一步说："人们早就知道，引力对于防止宇宙进入热平衡非常重要。引力束缚系统具有负的比热——也就是说，当能量消失时，其组分的速度会增加。...... 这样的系统不会演化到均匀的平衡状态。相反，随着它被分割成子系统，它会变得越来越结构化和异质化<ref>Smolin, Lee (2014). "Time, laws, and future of cosmology". ''Physics Today''. '''67''' (3): 38–43 [42]. Bibcode:2014PhT....67c..38S. doi:10.1063/pt.3.2310.</ref>。最近在一个相对简单的封闭系统中的非平衡稳态的实验发现，也支持了这一观点。 可以预期的是，一个被分割成子系统的孤立系统不一定能达到热力学平衡并保持在非平衡稳态。熵将从一个子系统传递到另一个子系统，但其产生量将为零，这与热力学第二定律并不矛盾<ref>Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. (2017). "Cu2+/Cu+ Redox Battery Utilizing Low-Potential External Heat for Recharge". ''The Journal of Physical Chemistry C'' (published 30 January 2017). '''121''' (6): 3234–3240. doi:10.1021/acs.jpcc.6b12317.</ref><ref>Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. (2020). "Non-equilibrium steady state in closed system with reversible reactions: Mechanism, kinetics and its possible application for energy conversion". ''Results in Chemistry'' (published 8 February 2020). '''2''': 100031. doi:10.1016/j.rechem.2020.100031.</ref>。
== 引用 ==
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