1.1.7　宇宙的熵增

宇宙进化的过程从“无”到“有”、从“简单”到“复杂”，能量与物质不断运动和变化。能量在空间流动，不仅通过核聚变产生不同的物质，也在不同的形式之间转化。宇宙物质与能量运动与变化遵循热力学第二定律，所以宇宙的熵随着时间总是增加的[图1-10（a）]。这意味着能量转换过程是不可逆的，每次转换总会伴随一定的能量变为不可利用的熵。能量转化越多、越快，所产生的熵越大。熵所代表的能量的主要特征是所对应物质的微观状态数或者混乱度。能量转换会让系统的混乱度增加，熵就是系统的混乱度。熵越高，物质的状态数或无序性便越高。物质宏观状态总是倾向于由有序到无序的规律与时间的单向性指向是一致的，也可以作为时间单向性的一种注释。宇宙自大爆炸以来的熵估计已经增加了约1012倍！

需要指出的是，关于宇宙熵的本质与构成问题，目前学术界仍有许多不同的观点。对充满宇宙的微波辐射的分析表明宇宙的熵似乎变化很少，无法解释宇宙整体熵增的趋势。研究表明，宇宙熵增的主要原因竟是由于演化过程中黑洞的出现。黑洞所吞噬的物质质量巨大，所对应的熵也巨大。如处于银河系中心的黑洞Sagittarius A∗具有太阳400万倍的质量，对应的熵则是宇宙大爆炸时熵的1000倍！根据现代物理学模型的预测，宇宙演化过程中黑洞不断增加，最终将会被黑洞吞噬。那时（10100年后）宇宙中黑洞的熵将比今天增加1020倍，之后将不再增加。那时的宇宙将变得无比寂静和黑暗[图1-10（b）]。关于宇宙起源于奇点（黑洞？）而最终消失于黑洞（奇点？）的理论和预言似乎描述了一个从无到有、从有到无的循环过程。对于这个过程中的观察者（人类）来讲，这又好像是一个从无知到有知，最终又回到无知的大循环。

图1-10　宇宙演化过程中熵的增加