宇宙的熵能逆转吗?庞加莱回归又是什么?

“熵”是统计学的概念,一个封闭系统的熵总是趋向于增大,也就是我们说的熵增定律;但是在物理学中,还有一个“庞加莱重现时间”。

我们把一滴墨水滴到水中,墨水会扩散开来,趋向于无序,但是无论我们如何等待,这滴墨水也不会重新聚集起来,然后和水完全分开。

在物理学中,用“熵”来描述一个系统的混乱程度,对于一个封闭系统,系统的熵总是增加或者保持不变,不可能出现降低的情况,这就是热力学中大名鼎鼎的熵增定律。

根据熵增定律,如果把我们宇宙看成一个封闭系统,那么宇宙最终会达到热寂状态,难道我们真的没有办法阻止熵的增加吗?

在1890年,法国科学家庞加莱证明了一个定理,说“力学系统经过足够长的时间后,总可以恢复到初始状态附近。”

宇宙就是一个巨大的力学系统,根据庞加莱定理,宇宙经过足够长的时间后,必定会回到宇宙开始的某个时刻,宇宙的熵自然也会回到原来的时刻;庞加莱定理看似和熵增定律矛盾,实际上两者是统一的,因为热力学定律是基于统计原理的。

比如在一个房间内,氧气和氮气总是趋向于均匀,这是由于空气分子的热运动是随机的,气体分子趋向于均匀是统计学的结果;但是我们并不能排除一种可能,就是在某一瞬间,氧气分子和氮气分子正好处于房间的两边,即便发生的概率非常非常小,但这个概率不绝对为零。

庞加莱定理就是考虑了这种特殊情况,而且证明在足够的时间上肯定会发生;在实际当中,我们都是在一个很短的时间范围内,去研究一个力学系统,那么庞加莱定理的情况,几乎是不可能发生的。

如果把庞加莱定理作用于整个宇宙,那么平均来说,宇宙首次回到最初状态的时间,就叫做”庞加莱重现时间“,这个时间非常长,大致的数量级是10^(10^(10^120))年。