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宇宙最终将会“热寂”吗？


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　　热寂说是开尔文和克劳修斯从机械能的不断耗散观点出发，认为各种形态的能量最终都会在与机械能的转化过程中，以热量的形式趋于平衡。开尔文认为机械能等于各种能，都要以热的形式最终耗散掉，这种能量转化在自然界中是不可逆的。这是他在1852年之后至1862年之间，逐步形成的一种看法，至1862年正式作为一种科学假说提出来的。克劳修根据类似的考虑，于1865年将热力学第二定律推广到宇宙，得出宇宙熵趋于极大值，并于1867年正式提出热寂说。认为：“在一切自然现象中，熵的总值永远只能增加而不能减少。于是到处不断进行的变化过程，可以下面的定律简短地表述：宇宙的熵趋于极大。宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态”。
　　“热寂说”是哲学上长期争论不休的一个问题，也是物理学上无法直接验证的问题。要探讨和研究热寂说，首先就必须搞清楚热力学第二定律的适用条件，还要认识到，“热寂说”的讨论与宇宙学（人们对宇宙的过去、现在和未来的认识）紧密相关。
　　首先对热寂说提出异议的，是麦克斯韦在它出现不久后提出的“麦克斯韦妖”。 麦克斯韦模模糊糊、隐隐约约地意识到，自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他当时无法清晰地说明这种机制。他只能假定一种“类人妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。这就是1871年出现的有名的理想实验“麦克斯韦妖”：
　　“现在让我们假定这一容器被一个带有一个小孔的间隔分成两部分，A和B，并且能看见单个分子的一个小生物打开和关闭这个小孔，以至于仅仅允许较快的分子从A通到B，和仅仅允许较慢的分子从B通到A。于是，它将不消耗功便能提高B的温度和降低A的温度，而与热力学第二定律矛盾。”
　　热力学第二定律并非普适定律，它只适用于具有两个前提条件的系统：一是：系统必须是孤立的，与外界没有物质和能量的交换，热量的流动和熵的计算不受其影响；二是：系统必须"从一个有序的状态启始"（《时间简史续编》，霍金著，第163页）。因为按照热力学第二定律的论断，系统一旦热平衡，就熵寂了，不再有任何活动。这两个前提条件都必需一应具备，缺少其中的任何一个，热力学第二定律都不适用。宇宙是否兼具这两个前提条件呢？首先，人们开始怀疑宇宙是否一个孤立系统，例如，有人认为这个宇宙也许是母宇宙上“长出”的子宇宙，在我们的宇宙之前、之外可能还有宇宙；还有人认为远处一个量子的跃迁就能使宇宙分岔，等等。即使宇宙是孤立的系统，它也不符合热力学第二定律所设定的必备的第二个前提。因为宇宙的启始并非非平衡态，相反是热平衡态。这早已被证实。1965年就已“发现宇宙沐浴在一种热辐射之中，这种辐射以相同的强度从空间的各个方面射向地球。它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况相符。这种辐射就是物理学家所熟知的‘黑体’辐射。由于符合的程度非常之好，因而不可能是一种巧合。由此我们得出这样的结论：宇宙曾一度处于平衡状态，处处都有相同的温度。”（《宇宙的最后三分钟》，保尔·戴维斯著，第18页-第19页）这一发现被普遍认为是宇宙确有大爆炸的有力证据。宇宙之初处于热平衡态有多长时间呢？也有解答：“大爆炸后30万年左右，宇宙的温度约为4000K，这足以使所有的物体汽化，并创造出热平衡所必须的熔炉条件。”（同上，第19页）所以宇宙大爆炸后直至30万年左右都处于热平衡态。按热力学第二定律所说，处于热平衡态的系统就不可能再有活动。而宇宙的实际是，大爆炸后一直在活动，可见热力学第二定律是不能套用于宇宙的。
　　宇宙热寂说是150年前提出的，当时人们不仅认为宇宙是静态的，依此推论其终结自然是物质虽然存在，而一切已热平衡，而且那时更不知道宇宙之初就是热平衡的，也不知道宇宙是以引力等系统工程宇宙自然常数进行自调控，由质子到原子、分子、星云、星系，生物、人类的进化史。这种未从事实和实际出发，仅凭类推法，将用于小尺寸的人工系统的一个定律和公式扩展到自然自调控的巨系统宇宙，就得出宇宙热寂说的做法，显然是不可取的。今天新宇宙学揭示：宇宙是动态的，物质是在大爆炸中诞生，不断演化的，它也并非永存。宇宙诞生之初是热平衡的，结束也是热平衡的，不仅中间的长时期是非平衡的，而且它还分为兴衰两段：前一段即有序膨胀期是不断地走向越来越非平衡，温差越来越大；后一段则是不断地走向热平衡，温差越来越小，直至物质逐渐消失。
　　从何可以证明宇宙前一段是不断地走向非平衡的呢？按热力学第二定律所指出的：一个孤立系统内部的温差会越来越小。而宇宙恰恰相反在有序膨胀期，内部的温差却在不断拉大。经过140亿年到现在背景辐射场的温度已降到2.7K，一般恒星内部的温度高达几百万K，两者的温差越来越大。一个星系中就有上千亿颗恒星。

与热寂说相抗衡的一些事实：
　　1. 生命过程
　　早在1866年，玻耳兹曼就注意到生物的生长过程与熵增加相拮抗的事实。他说：“生物为了生存而作的一般斗争，既不是为了物质，也不是为了能量，而是为了熵而斗争。植物铺开了它的面积大得不可计量的叶片，以一种尚未探明的方式，迫使太阳去完成我们在实验室中不知道如何完成的化学合成。”
　　1944年，著名的物理学家薛定锷（E.Schrodinger）提出了“生物赖负熵为生”的名言。他说：“要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境中不断地吸取负熵。”
　　2. 伯纳德花纹
　　1900年，法国的伯纳德(Bernard，Henri)首次发现了蜂巢状的自组织花纹。当两种气体的混合体由于加热而离开平衡态后，组织便会以一种简单浓度梯度的形式出现。如盛有氢气和硫化氢气体混合物的容器，使两端产生并保持一个很小的温度差，就会发现两种气体将逐渐分离，较轻的氢气多流向较热的一边，较重的硫化氢气则多聚集于较冷的一边，形成了各自的浓度梯度。这个现象表明，在不可逆的非平衡态过程中，可以产生出有序性。
　　3. 化学振荡
　　布雷(Bray，William)、图灵(Turing，Alan)、别洛索夫(Be-lousov，B.P.1893～1970)等人先后发现了化学振荡。虽然化学振荡谈不上具有一个可以变异、可以演化的遗传系统，但它有不少特点：诸如化学的新陈代谢，自我组织的结构，有节奏的活动，在某些极限以内的动态稳定，在这些极限以外的不可逆的解体，一个自然的寿命等等。
　　4. 耗散结构
　　本世纪40年代，普里高津（I．Prigoging）提出的耗散结构理论。耗散结构是指在远离平衡的条件下，借助于外界的能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构，它随着外界的输入而不断地变化，并能进行自组织，导致体系本身的熵减少。
　　5.黑洞
　　宇宙中散逸的辐射怎样才可以重新集中起来呢？许多人认为，在黑洞中集结起来的能量不一定是束缚能，而是可能转化和重新活动起来并释放出去的自由能。从外部供给黑洞的可以是高熵的质能，而黑洞的吸积和质能转化却可以把它们变成低熵的质能。从某种意义上来看，黑洞本身是可能产生负熵的，它并不需要从外部获得负熵流。阿西莫夫（I．Asimov）说：“在黑洞里，热力学第二定律被颠倒过来了，因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡，但黑洞里却在逐渐复兴。”
　　黑洞能导致宇宙的局部收缩，但还不足以与整个宇宙的膨胀相抗衡。宇宙膨胀是由宇宙大爆炸开始的，宇宙大爆炸通常被看作是宇宙熵增的本原。因此，要最终解决热寂论的问题，还必须找到宇宙收缩的机制。只有找到导致宇宙收缩的原因，宇宙热寂论的最后阵地才能被攻破了。但是人们无法找到导致宇宙收缩的原因，而且宇宙里是否真的有黑洞还有争议，实际上发现的黑洞似乎又太少了。
　　6. 宇宙坍缩
　　如果宇宙不是开放的，膨胀最终会停止下来，并且使所有的物质不可抗拒地回聚在一起，成为一个最终的奇点。果真如此，宇宙就是以大爆炸开始，而以大坍缩终结。在膨胀过程中，高度有序的大爆炸奇点，指向某种无序性最大的中间态；然后当宇宙开始向大坍缩--它看上去和大爆炸是同样高度有序的--收缩时便反转过来，即出现时间逆转的现象。这个看法受到了彭罗塞(Penrose，R.)的反驳。彭罗塞认为，即使在大坍缩的过程中，熵也是不断增加的，时间箭头依然不变。因为，"大爆炸"和"大坍缩"这两个宇宙奇点的结构是不等价的，即不对称的。当然，彭罗塞的这些看法，还只是一种有价值的猜想。
　　由于麦克斯韦妖只是一种猜想，当然不可能解决宇宙热寂论的问题。玻尔兹曼所说的绿色植物进行光合作用与熵增加相拮抗，则要求从阳光输入更多的负熵，也就是说，是以太阳的更大的熵增加为代价的。伯纳德花纹、化学振荡、耗散结构等，都依赖于从环境输入负熵而产生有序，因此，这种有序化是以环境中更大的熵增为代价的。如果把它们与其环境整个看成一个系统，那么这个系统是仍然要产生熵增加的。同时，它们也远远不足以与宇宙中极其巨大的熵增加过程相抗衡。至于黑洞和宇宙坍缩也没有统一的认识。尽管人们指责热寂说忽略了热力学第二定律的附加条件，把热力学第二定律滥用于整个宇宙。但是并没有任何人能从正面说明宇宙不会热寂的道理。于是，宇宙热寂论成了自然科学没有解决的一大疑难问题。
　　散逸到宇宙中的热是怎样重新集中起来的呢？事实证明，仅从原子和分子这个层次上，是无法解决这一问题的，我们必须把眼光扩大到暗物质和恒星这两个层次上才行。
　　1. 暗物质
　　从所掌握的资料来看，物质结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。目前，从微观上通常认为可分为分子、原子、原子核和电子所构成的微观层次，物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。比电子更小的层次目前还无法直接观察到，但人们并不怀疑它们的存在性。只好称为暗物质。因此，在我们的宇宙中各向同性地分布着许多这种暗物质，它们是以很高的速度作直线运动。
　　暗物质的存在终于在天文学上得到证实。人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。
　　2. 恒星演化
　　恒星发出的能量来源于核反应。德国的魏茨泽克和美国的贝特认为，可能存在以下两种核反应使氢转变为氦。
　　1）质子--质子反应。
　　这个反应分三个步骤：第一步是两个质子碰撞，放出一个正电子和一个中微子形成氘；第二步是由氘和质子碰撞形成氦的同位素氦3；最后一步是由2个氦3碰撞形成氦核，最后一步是由2个氦3碰撞放出两个质子形成氦核，最终完成由氢核聚变为氦核的反应。这三个核反应都是放热反应。这一连串的反应过程，共有6个质子参与，最后形成1个氦核、2个质子、2个中微子、2个正电子和2个光子。同时释放24.158电子伏的能量。
　　2）碳--氮--氧循环
　　首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素 N(7,13),它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6,13),它和质子反应生成氮核。新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8,15), O(8,15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7,15);最后，N(7,15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核。 这一系列的反应也都是放热反应，因此，只要有足够多的质子，就可以成为稳定的能源。碳--氮--氧循环的结果是4个质子合成一个氦核，同时产生2个正电子、 2个中微子和3个光子，释放出25.03兆电子伏特的能量。参与反应的碳元素在核反应前后没有发生任何变化，而氮、氧同位素只是在中间过程中产生又消失。
　　人们认为，当恒星里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁。然后恒星会崩溃而形成超新星爆发。
　　然而，除了氢聚变为氦，后面的核反应是不符合观察的事实的。
　　根据光谱分析，从天体的尺度看，氢与氦是最丰富的元素，两者之和占总质量的99％，其余的元素仅约占1％。对宇宙学特别有意义的是，在许多不同种类的天体上，例如在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量与氦元素含量之比竟是大体相同的，即二者质量之比约为3比1，不仅如此，赫罗图上早期的红巨星的晚期的白矮星也全都是这样。
　　在这里我们提出以下四个问题：
　　1）既然恒星里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁，为什么在众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比都为3比1，在晚期的恒星中，为什么至今没有发现一颗恒星只含有少量的氢或含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁？
　　2）众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比为什么都为约3比1？
　　3）恒星里的氢为什么不象氢弹一下子炸光？而是慢慢地聚合成氦？
　　4）恒星里的氢长久不衰，它是如何产生的和源源不断补充的？
　　3. 分析与综合
　　根据上述的证据综合分析如下：
　　1）大的天体中不断有氢生成。因为在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量和氦元素含量总是约3比1。恒星里的氢长久不衰，没有源源不断的补充是不可思议的。所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦，所谓的氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁的核反应统统都不存在。因为至今还没有发现一颗恒星含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁的。氢在不断地生成着，氢永远也耗之不尽，用之不竭，同时恒星崩溃形成超新星爆发后会分裂成小的星体，这些小的星体又会不断吸收暗物质逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。
　　2）我们认为，银河系、太阳、木星和土星俘获的空间暗物质聚合成氦后，热核反应开始变成可逆的，即氦可以裂变为氢，这是一个吸热反应。二者达到动态平衡后氢和氦的质量之比约为3比1。因为不断地有氢生成，也就是反应物的浓度在增加，总的来看，反应会沿着正向进行，新生成的氢中只有约25%聚合成氦。这就是占太阳质量约75%的氢为什么不一下子反应完，而是缓慢地进行的机理。不管太阳燃烧了多少亿年，其中氢和氦的丰度基本上保持不变。其它的星系、恒星或质量达到一定大小的星体，如土星和木星也是这样。
　　我们只要把氢或氦在隔绝其它元素的情况下，放入类似于星体的高温高压环境中，等到反应完成后，测出氢和氦的比例，这一过程就可证实。一旦人们普遍地实现了把氢转变为氦的热核反应，就无异于得到了取之不尽、用之不竭的能源。因此，这一猜想是可以用试验证明的。
　　4. 宇宙中散逸的热是怎样重新集中起来的
　　天体中不断有氢生成并不是无中生有。它是由暗物质生成的。暗物质在恒星中受到足够的阻碍速度变慢到一定的程度以后会相互凝聚成最简单的原子氢，原子氢象原子氧一样，其化学性质极其活泼，相互聚合成氦而放出巨大的核能。（我认为并不需要质子--质子反应和碳--氮--氧循环那么复杂）。因此，暗物质在质量足够大的星体中会转变为"明物质"--氢。这也从另一角度说明，暗物质至少是比电子更小和更深层次的粒子。暗物质并不遥远，它就在我们身边。
　　请注意，暗物质相互凝聚成最简单的原子氢和原子氢相互聚合成氦的过程是从无序到有序的过程，也是一个放热的过程。在这一过程中，是暗物质和原子氢所含有的自由能变成热能，从而这一热能是负的（把消耗的热能看成是正的，产生的热能就是负的，消耗了一个负的热能，就是产生了热能），也就是说在这一过程中产生了大量的负熵S=－Q/T。这些负熵与宇宙中极其巨大的熵增加过程相抗衡便足足有余了。
　　同时，这一过程是自发进行的，它不会对环境产生任何影响，不会使环境产生更大的熵增。唯一有影响的是暗物质减少了。有人会问，当暗物质减少到0，这一过程不是终结了吗？
　　当然不会发生这种情形，因为我们只说了一半，还有熵增过程没有说。熵增的过程是由有序变无序的过程，恒星中产生出来的热，最终会使氢等明物质重新还原成暗物质而完成一个循环。
　　不难理解宇宙中散逸的热变成暗物质的自由能，这些自由能又在恒星中重新集中起来变成热，这一过程的不断重复，就是热的无限循环的动态平衡。
　　宇宙为什么不会热寂？
　　由此可见，认为整个宇宙都发生着熵增加，最后整个宇宙将会达到热平衡，熵值达到最大，温度差消失的观点显然是错误的。因为整个宇宙都发生着熵增加是不符合事实的，恒星中的暗物质变成明物质的过程就是熵减的，从而宇宙将永远不会达到热平衡，熵值不会达到最大，温度差永远不会消失，宇宙不会热寂。
　　其实，热寂说是热的静态平衡，而宇宙实际上是热的动态平衡。热能主要产生于恒星，在那里暗物质变成明物质，氢聚变为氦，自由能变成热能，产生负熵；这些热能在宇宙间产生正熵，热能还原为自由能，氦裂变为氢，明物质又逐渐变成暗物质。在这里物质守恒,能量守恒,正熵和负熵也相互平衡。
　　总而言之，热寂说静止地，孤立地，片面地看问题，是形而上学的典型案例。全面来看，热能不断地产生，又不断地消耗，宇宙永远不会热寂。
　　只要你抬头仰望满天永不熄灭的繁星，你相信热寂说吗？宇宙最终将会“热寂”吗？


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　　热寂说是开尔文和克劳修斯从机械能的不断耗散观点出发，认为各种形态的能量最终都会在与机械能的转化过程中，以热量的形式趋于平衡。开尔文认为机械能等于各种能，都要以热的形式最终耗散掉，这种能量转化在自然界中是不可逆的。这是他在1852年之后至1862年之间，逐步形成的一种看法，至1862年正式作为一种科学假说提出来的。克劳修根据类似的考虑，于1865年将热力学第二定律推广到宇宙，得出宇宙熵趋于极大值，并于1867年正式提出热寂说。认为：“在一切自然现象中，熵的总值永远只能增加而不能减少。于是到处不断进行的变化过程，可以下面的定律简短地表述：宇宙的熵趋于极大。宇宙越是接近于这个熵是极大的极限状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态”。
　　“热寂说”是哲学上长期争论不休的一个问题，也是物理学上无法直接验证的问题。要探讨和研究热寂说，首先就必须搞清楚热力学第二定律的适用条件，还要认识到，“热寂说”的讨论与宇宙学（人们对宇宙的过去、现在和未来的认识）紧密相关。
　　首先对热寂说提出异议的，是麦克斯韦在它出现不久后提出的“麦克斯韦妖”。 麦克斯韦模模糊糊、隐隐约约地意识到，自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他当时无法清晰地说明这种机制。他只能假定一种“类人妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。这就是1871年出现的有名的理想实验“麦克斯韦妖”：
　　“现在让我们假定这一容器被一个带有一个小孔的间隔分成两部分，A和B，并且能看见单个分子的一个小生物打开和关闭这个小孔，以至于仅仅允许较快的分子从A通到B，和仅仅允许较慢的分子从B通到A。于是，它将不消耗功便能提高B的温度和降低A的温度，而与热力学第二定律矛盾。”
　　热力学第二定律并非普适定律，它只适用于具有两个前提条件的系统：一是：系统必须是孤立的，与外界没有物质和能量的交换，热量的流动和熵的计算不受其影响；二是：系统必须"从一个有序的状态启始"（《时间简史续编》，霍金著，第163页）。因为按照热力学第二定律的论断，系统一旦热平衡，就熵寂了，不再有任何活动。这两个前提条件都必需一应具备，缺少其中的任何一个，热力学第二定律都不适用。宇宙是否兼具这两个前提条件呢？首先，人们开始怀疑宇宙是否一个孤立系统，例如，有人认为这个宇宙也许是母宇宙上“长出”的子宇宙，在我们的宇宙之前、之外可能还有宇宙；还有人认为远处一个量子的跃迁就能使宇宙分岔，等等。即使宇宙是孤立的系统，它也不符合热力学第二定律所设定的必备的第二个前提。因为宇宙的启始并非非平衡态，相反是热平衡态。这早已被证实。1965年就已“发现宇宙沐浴在一种热辐射之中，这种辐射以相同的强度从空间的各个方面射向地球。它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况相符。这种辐射就是物理学家所熟知的‘黑体’辐射。由于符合的程度非常之好，因而不可能是一种巧合。由此我们得出这样的结论：宇宙曾一度处于平衡状态，处处都有相同的温度。”（《宇宙的最后三分钟》，保尔·戴维斯著，第18页-第19页）这一发现被普遍认为是宇宙确有大爆炸的有力证据。宇宙之初处于热平衡态有多长时间呢？也有解答：“大爆炸后30万年左右，宇宙的温度约为4000K，这足以使所有的物体汽化，并创造出热平衡所必须的熔炉条件。”（同上，第19页）所以宇宙大爆炸后直至30万年左右都处于热平衡态。按热力学第二定律所说，处于热平衡态的系统就不可能再有活动。而宇宙的实际是，大爆炸后一直在活动，可见热力学第二定律是不能套用于宇宙的。
　　宇宙热寂说是150年前提出的，当时人们不仅认为宇宙是静态的，依此推论其终结自然是物质虽然存在，而一切已热平衡，而且那时更不知道宇宙之初就是热平衡的，也不知道宇宙是以引力等系统工程宇宙自然常数进行自调控，由质子到原子、分子、星云、星系，生物、人类的进化史。这种未从事实和实际出发，仅凭类推法，将用于小尺寸的人工系统的一个定律和公式扩展到自然自调控的巨系统宇宙，就得出宇宙热寂说的做法，显然是不可取的。今天新宇宙学揭示：宇宙是动态的，物质是在大爆炸中诞生，不断演化的，它也并非永存。宇宙诞生之初是热平衡的，结束也是热平衡的，不仅中间的长时期是非平衡的，而且它还分为兴衰两段：前一段即有序膨胀期是不断地走向越来越非平衡，温差越来越大；后一段则是不断地走向热平衡，温差越来越小，直至物质逐渐消失。
　　从何可以证明宇宙前一段是不断地走向非平衡的呢？按热力学第二定律所指出的：一个孤立系统内部的温差会越来越小。而宇宙恰恰相反在有序膨胀期，内部的温差却在不断拉大。经过140亿年到现在背景辐射场的温度已降到2.7K，一般恒星内部的温度高达几百万K，两者的温差越来越大。一个星系中就有上千亿颗恒星。

与热寂说相抗衡的一些事实：
　　1. 生命过程
　　早在1866年，玻耳兹曼就注意到生物的生长过程与熵增加相拮抗的事实。他说：“生物为了生存而作的一般斗争，既不是为了物质，也不是为了能量，而是为了熵而斗争。植物铺开了它的面积大得不可计量的叶片，以一种尚未探明的方式，迫使太阳去完成我们在实验室中不知道如何完成的化学合成。”
　　1944年，著名的物理学家薛定锷（E.Schrodinger）提出了“生物赖负熵为生”的名言。他说：“要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境中不断地吸取负熵。”
　　2. 伯纳德花纹
　　1900年，法国的伯纳德(Bernard，Henri)首次发现了蜂巢状的自组织花纹。当两种气体的混合体由于加热而离开平衡态后，组织便会以一种简单浓度梯度的形式出现。如盛有氢气和硫化氢气体混合物的容器，使两端产生并保持一个很小的温度差，就会发现两种气体将逐渐分离，较轻的氢气多流向较热的一边，较重的硫化氢气则多聚集于较冷的一边，形成了各自的浓度梯度。这个现象表明，在不可逆的非平衡态过程中，可以产生出有序性。
　　3. 化学振荡
　　布雷(Bray，William)、图灵(Turing，Alan)、别洛索夫(Be-lousov，B.P.1893～1970)等人先后发现了化学振荡。虽然化学振荡谈不上具有一个可以变异、可以演化的遗传系统，但它有不少特点：诸如化学的新陈代谢，自我组织的结构，有节奏的活动，在某些极限以内的动态稳定，在这些极限以外的不可逆的解体，一个自然的寿命等等。
　　4. 耗散结构
　　本世纪40年代，普里高津（I．Prigoging）提出的耗散结构理论。耗散结构是指在远离平衡的条件下，借助于外界的能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构，它随着外界的输入而不断地变化，并能进行自组织，导致体系本身的熵减少。
　　5.黑洞
　　宇宙中散逸的辐射怎样才可以重新集中起来呢？许多人认为，在黑洞中集结起来的能量不一定是束缚能，而是可能转化和重新活动起来并释放出去的自由能。从外部供给黑洞的可以是高熵的质能，而黑洞的吸积和质能转化却可以把它们变成低熵的质能。从某种意义上来看，黑洞本身是可能产生负熵的，它并不需要从外部获得负熵流。阿西莫夫（I．Asimov）说：“在黑洞里，热力学第二定律被颠倒过来了，因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡，但黑洞里却在逐渐复兴。”
　　黑洞能导致宇宙的局部收缩，但还不足以与整个宇宙的膨胀相抗衡。宇宙膨胀是由宇宙大爆炸开始的，宇宙大爆炸通常被看作是宇宙熵增的本原。因此，要最终解决热寂论的问题，还必须找到宇宙收缩的机制。只有找到导致宇宙收缩的原因，宇宙热寂论的最后阵地才能被攻破了。但是人们无法找到导致宇宙收缩的原因，而且宇宙里是否真的有黑洞还有争议，实际上发现的黑洞似乎又太少了。
　　6. 宇宙坍缩
　　如果宇宙不是开放的，膨胀最终会停止下来，并且使所有的物质不可抗拒地回聚在一起，成为一个最终的奇点。果真如此，宇宙就是以大爆炸开始，而以大坍缩终结。在膨胀过程中，高度有序的大爆炸奇点，指向某种无序性最大的中间态；然后当宇宙开始向大坍缩--它看上去和大爆炸是同样高度有序的--收缩时便反转过来，即出现时间逆转的现象。这个看法受到了彭罗塞(Penrose，R.)的反驳。彭罗塞认为，即使在大坍缩的过程中，熵也是不断增加的，时间箭头依然不变。因为，"大爆炸"和"大坍缩"这两个宇宙奇点的结构是不等价的，即不对称的。当然，彭罗塞的这些看法，还只是一种有价值的猜想。
　　由于麦克斯韦妖只是一种猜想，当然不可能解决宇宙热寂论的问题。玻尔兹曼所说的绿色植物进行光合作用与熵增加相拮抗，则要求从阳光输入更多的负熵，也就是说，是以太阳的更大的熵增加为代价的。伯纳德花纹、化学振荡、耗散结构等，都依赖于从环境输入负熵而产生有序，因此，这种有序化是以环境中更大的熵增为代价的。如果把它们与其环境整个看成一个系统，那么这个系统是仍然要产生熵增加的。同时，它们也远远不足以与宇宙中极其巨大的熵增加过程相抗衡。至于黑洞和宇宙坍缩也没有统一的认识。尽管人们指责热寂说忽略了热力学第二定律的附加条件，把热力学第二定律滥用于整个宇宙。但是并没有任何人能从正面说明宇宙不会热寂的道理。于是，宇宙热寂论成了自然科学没有解决的一大疑难问题。
　　散逸到宇宙中的热是怎样重新集中起来的呢？事实证明，仅从原子和分子这个层次上，是无法解决这一问题的，我们必须把眼光扩大到暗物质和恒星这两个层次上才行。
　　1. 暗物质
　　从所掌握的资料来看，物质结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。目前，从微观上通常认为可分为分子、原子、原子核和电子所构成的微观层次，物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。比电子更小的层次目前还无法直接观察到，但人们并不怀疑它们的存在性。只好称为暗物质。因此，在我们的宇宙中各向同性地分布着许多这种暗物质，它们是以很高的速度作直线运动。
　　暗物质的存在终于在天文学上得到证实。人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。
　　2. 恒星演化
　　恒星发出的能量来源于核反应。德国的魏茨泽克和美国的贝特认为，可能存在以下两种核反应使氢转变为氦。
　　1）质子--质子反应。
　　这个反应分三个步骤：第一步是两个质子碰撞，放出一个正电子和一个中微子形成氘；第二步是由氘和质子碰撞形成氦的同位素氦3；最后一步是由2个氦3碰撞形成氦核，最后一步是由2个氦3碰撞放出两个质子形成氦核，最终完成由氢核聚变为氦核的反应。这三个核反应都是放热反应。这一连串的反应过程，共有6个质子参与，最后形成1个氦核、2个质子、2个中微子、2个正电子和2个光子。同时释放24.158电子伏的能量。
　　2）碳--氮--氧循环
　　首先由碳核和一个质子碰撞，质子打入碳核使之变为氮的同位素 N(7,13),它是放射性的，很快放出正电子和中微子形成碳的同位素C(6,13),它和质子反应生成氮核。新的氮核和质子相碰撞形成氧同位素O(8,15), O(8,15)也是放射性的，它放出一个正电子和一个中微子后衰变成氮的同位素N(7,15);最后，N(7,15)和一个质子碰撞形成碳核和氦核。 这一系列的反应也都是放热反应，因此，只要有足够多的质子，就可以成为稳定的能源。碳--氮--氧循环的结果是4个质子合成一个氦核，同时产生2个正电子、 2个中微子和3个光子，释放出25.03兆电子伏特的能量。参与反应的碳元素在核反应前后没有发生任何变化，而氮、氧同位素只是在中间过程中产生又消失。
　　人们认为，当恒星里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁。然后恒星会崩溃而形成超新星爆发。
　　然而，除了氢聚变为氦，后面的核反应是不符合观察的事实的。
　　根据光谱分析，从天体的尺度看，氢与氦是最丰富的元素，两者之和占总质量的99％，其余的元素仅约占1％。对宇宙学特别有意义的是，在许多不同种类的天体上，例如在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量与氦元素含量之比竟是大体相同的，即二者质量之比约为3比1，不仅如此，赫罗图上早期的红巨星的晚期的白矮星也全都是这样。
　　在这里我们提出以下四个问题：
　　1）既然恒星里的氢耗尽后核反应会一个接着一个，氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁，为什么在众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比都为3比1，在晚期的恒星中，为什么至今没有发现一颗恒星只含有少量的氢或含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁？
　　2）众多的恒星里氢元素含量与氦元素含量之比为什么都为约3比1？
　　3）恒星里的氢为什么不象氢弹一下子炸光？而是慢慢地聚合成氦？
　　4）恒星里的氢长久不衰，它是如何产生的和源源不断补充的？
　　3. 分析与综合
　　根据上述的证据综合分析如下：
　　1）大的天体中不断有氢生成。因为在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量和氦元素含量总是约3比1。恒星里的氢长久不衰，没有源源不断的补充是不可思议的。所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦，所谓的氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……，最后全部变成铁的核反应统统都不存在。因为至今还没有发现一颗恒星含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁的。氢在不断地生成着，氢永远也耗之不尽，用之不竭，同时恒星崩溃形成超新星爆发后会分裂成小的星体，这些小的星体又会不断吸收暗物质逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。
　　2）我们认为，银河系、太阳、木星和土星俘获的空间暗物质聚合成氦后，热核反应开始变成可逆的，即氦可以裂变为氢，这是一个吸热反应。二者达到动态平衡后氢和氦的质量之比约为3比1。因为不断地有氢生成，也就是反应物的浓度在增加，总的来看，反应会沿着正向进行，新生成的氢中只有约25%聚合成氦。这就是占太阳质量约75%的氢为什么不一下子反应完，而是缓慢地进行的机理。不管太阳燃烧了多少亿年，其中氢和氦的丰度基本上保持不变。其它的星系、恒星或质量达到一定大小的星体，如土星和木星也是这样。
　　我们只要把氢或氦在隔绝其它元素的情况下，放入类似于星体的高温高压环境中，等到反应完成后，测出氢和氦的比例，这一过程就可证实。一旦人们普遍地实现了把氢转变为氦的热核反应，就无异于得到了取之不尽、用之不竭的能源。因此，这一猜想是可以用试验证明的。
　　4. 宇宙中散逸的热是怎样重新集中起来的
　　天体中不断有氢生成并不是无中生有。它是由暗物质生成的。暗物质在恒星中受到足够的阻碍速度变慢到一定的程度以后会相互凝聚成最简单的原子氢，原子氢象原子氧一样，其化学性质极其活泼，相互聚合成氦而放出巨大的核能。（我认为并不需要质子--质子反应和碳--氮--氧循环那么复杂）。因此，暗物质在质量足够大的星体中会转变为"明物质"--氢。这也从另一角度说明，暗物质至少是比电子更小和更深层次的粒子。暗物质并不遥远，它就在我们身边。
　　请注意，暗物质相互凝聚成最简单的原子氢和原子氢相互聚合成氦的过程是从无序到有序的过程，也是一个放热的过程。在这一过程中，是暗物质和原子氢所含有的自由能变成热能，从而这一热能是负的（把消耗的热能看成是正的，产生的热能就是负的，消耗了一个负的热能，就是产生了热能），也就是说在这一过程中产生了大量的负熵S=－Q/T。这些负熵与宇宙中极其巨大的熵增加过程相抗衡便足足有余了。
　　同时，这一过程是自发进行的，它不会对环境产生任何影响，不会使环境产生更大的熵增。唯一有影响的是暗物质减少了。有人会问，当暗物质减少到0，这一过程不是终结了吗？
　　当然不会发生这种情形，因为我们只说了一半，还有熵增过程没有说。熵增的过程是由有序变无序的过程，恒星中产生出来的热，最终会使氢等明物质重新还原成暗物质而完成一个循环。
　　不难理解宇宙中散逸的热变成暗物质的自由能，这些自由能又在恒星中重新集中起来变成热，这一过程的不断重复，就是热的无限循环的动态平衡。
　　宇宙为什么不会热寂？
　　由此可见，认为整个宇宙都发生着熵增加，最后整个宇宙将会达到热平衡，熵值达到最大，温度差消失的观点显然是错误的。因为整个宇宙都发生着熵增加是不符合事实的，恒星中的暗物质变成明物质的过程就是熵减的，从而宇宙将永远不会达到热平衡，熵值不会达到最大，温度差永远不会消失，宇宙不会热寂。
　　其实，热寂说是热的静态平衡，而宇宙实际上是热的动态平衡。热能主要产生于恒星，在那里暗物质变成明物质，氢聚变为氦，自由能变成热能，产生负熵；这些热能在宇宙间产生正熵，热能还原为自由能，氦裂变为氢，明物质又逐渐变成暗物质。在这里物质守恒,能量守恒,正熵和负熵也相互平衡。
　　总而言之，热寂说静止地，孤立地，片面地看问题，是形而上学的典型案例。全面来看，热能不断地产生，又不断地消耗，宇宙永远不会热寂。
　　只要你抬头仰望满天永不熄灭的繁星，你相信热寂说吗？