热力学第二定律指出 ， 宇宙将趋于高熵状态 。如果事实如此 ， 那么当宇宙中所有的物质处于混乱状态时将会发生什么？物质还如何守恒呢？
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让我们从第二个问题入手 。物理学家往往倾向于说能量是守恒的 ， 而不是说物质守恒 。在相对论中 ， 我们可以将一个（物体或能量）转换为另一个 ， 在此过程中能量永远守恒 。这一说法并不与热力学第二定律相冲突 ， 热力学第二定律指出 ， 在封闭系统中 ， 任何过程都可以保持熵的总值不变或增加 。这些理论的关键在于能量的形式 ， 现在在宇宙中存在许多将不同形式的能转换成热能的过程 。那么问题是 ， 如果所有的可用能量都转换成了热能 ， 将发生什么呢？
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这在19世纪是个热门话题 ， 当时的人们称这个问题为“宇宙的热死亡” 。简言之 ， 一旦宇宙中的所有能量都被转换为热能 ， 那么宇宙将处于平衡状态—即所有的事物都将处于同一温度并且熵的总量将恒定不变 。而事实是宇宙在不断膨胀 ， 那么就要在这个理论基础上更深化一点 ， 一个不断膨胀的宇宙是永远无法达到平衡状态的 ， 但是19世纪的科学家们并不知道宇宙膨胀理论 ， 所以他们只是假设宇宙是静态的 。
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在这样一个膨胀的宇宙中 ， 光子间存在一种“热浴”现象 ， 这些宇宙微波背景下的光子“温度”是2.78开尔文 ， 这个温度着实很低 ， 并且显然要比你我或是太阳都要低得多 ， 所以在宇宙的热浴中 ， 我们并没有处于平衡态 。但是随着时间的推移 ， 随着太阳表层氢气的燃烧、行星间的碰撞与分裂、以及粒子的衰减等等 ， 所有的事物最终都将以光子或其他基本粒子的形式存在 ， 从而达到平衡状态 ， 这就是热量转换的过程 。但是我们现在无需担忧宇宙因为热量转换而导致的消亡结局 ， 原因在于 ， 我们周围的事物都转换为热量所需要的时间远远大于现在宇宙的年龄 ， 我们的宇宙只是在十分十分缓慢地走向平衡 。
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热力学第二定律表明 ， 宇宙的总熵永远不会下降 。和其他热力学定律一样 ， 第二定律也建立在大量的数据基础上 ， 并且通过假想房间中的氧气分子 ， 这一定律可以很直接地被证实 。
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熔冰——增熵的经典例子 ， 1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的増加 。
假设最开始的时候 ， 所有的氧分子都以一个完美且规则的排列方式聚集在房间的一个角落里 。随着时间的推移 ， 我们发现氧分子将开始扩散 。一个房间一样大的空间里 ， 氧分子有无数种排列组合的方式 ， 但是其中只有非常少量的一部分与其初始状态一样有序 。同样地 ， 我们可以理解为什么粒子在空间中随机分布的状态是最有可能的 。通过这两个简单的例子 ， 我们可以推断出这样的结论：随着时间的推移 ， 房间中的空气分子将不断扩散直至他们都变成随机分布的状态 。理论上来讲 ， 通过计算所有可能存在的状态数可以确定熵的数值 。
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这个思维模式使得物理学家开始质疑时间的流向 。在我们假设的房间里 ， 短时间内氧气分子的确有可能变得更为有序 ， 但是总体上看他们必然趋向于无序状态 。所有可以验证氧气分子运动规律的物理学定律（牛顿力学定律和经典电磁学）都是可逆的 ， 所以对于一系列随机分布的粒子 ， 其如前所述的运动模式应当同样可逆 。但是事实恰恰相反 ， 这是因为无论我们以何种方式取时间节点 ， 粒子都将以该节点为时间起点开始扩散 。
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