本文目录一览：
- 1、科学的迷失一：熵增定律
- 2、科学界的第一法则
- 3、热力学第二定律是不是一个伪命题？
- 4、在自然界存在的三大守恒定律，究竟都是什么？
- 5、关于宇宙热寂说与热力学
- 6、怎么用物理学中的“熵”去解释生命的生和死？
- 7、霍金究竟作出了什么贡献？
- 8、宇宙会永恒存在吗？
- 9、谁能告诉我热力学定律及解释
- 10、生命就是对抗熵增
科学的迷失一：熵增定律
科学，短期让人兴奋，长期让人绝望。过程让人乐观，最后让人悲观。
科学本来是探索世界，让人类生活更美好的一门学问，但是越来越发现它在走向它的反面。因为科学在短期推动人类的发展繁荣之后，不得不面临这样一个终极问题，也就是是否有永恒的存在？我们的世界是真实的吗？人有没有自由意志？而科学目前给出的解释无疑都是悲观的。
美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫1956年出版一部科幻小说《最后的问题》里面提到，当人类解决了长生不老，幸福快乐等等所有的问题之后，这个时候人类还剩下最后一个问题，那就是按照热力学第二定律，宇宙中的熵增是不可逆的，万物终将归于虚无，宇宙将变成一片永远沉寂的光子的海洋，不再有任何变化，时间也失去了意义。人类为了解决这个问题，联合多国的顶级科研人员，研制了一台超级计算机“超脑”。于是人们问“超脑”：宇宙中的熵增可以被改变吗？“超脑”给出的答案始终是“数据不足，无法作答。”
最后一次，人类面临毁灭前最后一次绝望的问：“这就是结局了吗？这种混乱还能被逆转成为一个新的宇宙吗？真的做不到逆转熵增吗？”“超脑”沉默了很久很久，久到已经没有人类了，它突然自言自语地说“要有光”。
这本书提出了一个人类最为重要的问题：有没有永恒的存在？
人类始终有一个“永恒”的情结，总希望这个宇宙包括自身的价值可以永恒存在。为了追求这个永恒，人类不断的探索，不断的努力，但最终科学会给出怎样的解释呢？按照科学的解释，按照熵增理论，宇宙终究会灭亡。如果宇宙最终会灭亡，那么人也是宇宙之中的，人也最终会灭亡，那就没有永恒的存在，人类的一切都将失去意义。
这里面提出一个重要的概念，熵增定律，什么是熵增定律？熵增定律是克劳修斯提出的热力学定律，克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程，即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的，其物理表达式为：S =∫dQ/T或ds = dQ/T。说起来很复杂，简单说就是，在一个孤立系统里，如果没有外力做功，其总混乱度（即熵）会不断增大。就像房间如果你不努力的去维护的话，它会越来越乱，一杯热水放在桌子上，它会慢慢变冷一样。由于熵不断在增加走向它的最大值，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡。这种情景称为“热寂”，这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在。宇宙就灭亡了。简单说就是万物皆从有序走向无序并最终永远沉寂。
有朋友说，热力学第二定律全部是用统计规律推导的，而全知的大脑不需要统计规律，因为他知道每一时刻所有粒子的位置与速度（当然量子力学说速度与位置不可同时决定，观察者是人，如果是全知大脑，这个规律可能会打破）
但，对于熵增定律，虽然科学界一直有争议，但是大多数的科学家认可这一定律是准确的。原因有以下几点：一、热不会从低温向高温传递。二、量子态无法确定。三、测不准原理。四、全知脑是理想就像永动机。
如果按照熵增定律和宇宙学（现代宇宙学是天文学和物理学的分支学科）推论，宇宙将最终变成一片永远沉寂的光子的海洋，没有任何变化，连时间也失去了意义。那么就会让人产生虚无感。所以我想西方现在盛行的虚无主义是不是也多少受一点这些科学原理的影响？因为既然没有永恒存在的可能，那么一切也都变得没有意义。
同样的这个问题，中国人就乐观多了，因为中国人有国学，中国的国学相信有永恒的存在。宇宙不会消亡。儒释道皆积极乐观。
也许有朋友会说，不对啊，我们观察到的现象不仅只有熵增，也有熵减啊，比如说房间我们不打扫它会乱，但是我们打扫的话，它不就变得整洁了吗？就像城市都变得越来越漂亮，变得越来越整洁。还有人类人的生长不是混乱无序啊？
是的，有熵增当然也有熵减。可是想要熵减必须是一个开放系统，有外在的物质和能量进行交换。人的生长也是一个负熵的过程。之所以是一个负熵的过程，是因为人也是一个开放系统，人通过和系统外的物质和能量进行交换，才能够维持生存。比如人类吃各种各样的食物，来为自己维持生长，增加营养、增加能量，如果人什么东西都不吃，也不呼吸外在的空气，那就只有熵增。就像一颗种子变成大树，一定要吸收外在的空气、阳光、雨露、土壤里的养分等等，才能够茁壮成长。如果没有外在的这些物质和能量，同样也只有熵增，不会产生负熵。
有的朋友会说，耗散结构理论可以对抗熵增定律。
耗散理论的前提同样是必须是一个开放的系统，也就是说在这个开放的系统的内部和这个系统的外部的物质和能量进行交换的时候，会产生负熵流从而实现逆转。但是既然叫宇宙就包括了所有的物质和所有的能量，它的外面已经没有东西可以跟它交换了。
熵增定律的结论是：宇宙终将消亡。
很多科学家无法接受这一现实，从心理上不能够认同，于是采取种种的方式想要推翻熵增定律。但现在看来这些假说无疑都是徒劳的。虽然熵增定律争议还很大，但至少目前还没有哪一个能够完全的推翻它的。人们之所以尝试着从各种角度想要推翻它，只是不希望没有永恒的结果，因为这样看起来宇宙和人生实在太无趣了。但请不要忘记英国物理学家爱丁顿曾说：“我认为，熵增原则是自然界所有定律中至高无上的。如果有人指出你的宇宙理论与麦克斯韦方程不符，那么麦克斯韦方程可能有不对；如果你的宇宙理论与观测相矛盾，嗯，观测的人有时也会把事情搞错；但是如果你的理论违背了热力学第二定律，我就敢说你没有指望了，你的理论只有丢尽脸、垮台。”
科学的结论：宇宙终将毁灭。
青松悟语
科学界的第一法则
熵本来是一个物理概念，由鲁道夫·克劳修斯于1850年提出，首先应用于热力学中，定义了一个体系中的混乱程度。
热力学第二定律，即“熵增定律”是现代物理学的基石，正如爱因斯坦评价的那样，“熵理论对整个科学来说是第一法则”。
熵的概念是如此重要和基本，后来被广泛应用于信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域。
熵的概念初听起来很费解，其现象却每天发生在我们身边。你一定听过一个词，叫破镜难圆。也就是说，一面镜子掉碎了，是不会再回到完好如初的状态。镜子完好的状态就是有序的状态，碎掉的状态是无序的状态。而熵增说的就是有序总是趋向于无序，而不可逆。也就是说，如果我们看到一个视频，是一面镜子打破了，会觉得很正常。而如果这个视频倒过来播放，碎了镜子回到了完整的状态，我们就会觉得不真实。同样的，一滴墨水滴到一杯清水中，也会墨水与清水分离的有序态，逐步变为墨水与清水混合均匀的无序态。
从刚才讲述中，你可能已经注意到了：熵增代表了自然界的发展方向，也就是定义了时间流逝的方向。这不是件小事，在熵增理论之前，科学上的规律与方程都是对称可逆的，也就是正方向也行，反方向也说得通。可真实的生活经验告诉我们，事物的发展是有方向性的。直到熵增理论出现，在科学上才有时间方向的体现。
在整体熵增的趋势下，局部是有熵减的。
比如生命就是一种负熵现象。人的生命从一个受精卵开始，不断分裂成长，形成了一个婴儿。婴儿会进一步成长，身体会长高，头脑会长大，骨骼会变得坚硬。人不断从外界摄取资源，将有序内化，保持生命的活力。而个人终究是没能持续抵抗住无序，随着年老，人的头发变得稀疏，肌肤变得松驰，骨骼变得疏松。人的无序程度一天天在增加，有序的肌体不断走向无序的深渊，直到有天再也维持不住生命的活力。
社会的发展也惊人的相似。总是以负熵开始，财富资源不断的集中化，导致阶层分化。少量的人掌握了社会的大量财富。而且在自由程度更高的社会，这个集中的过程常常更加迅速。阶层分化与贫富不均，会逐步激化社会的矛盾，让社会的稳定性越来越微妙。直到社会出强制性的政策，对财富进行重新分配，控制住贫富差距的进一步扩大。或者，是通过暴力革命，通过混乱残酷的方式，让集中有序的状态重新变得平均无序化。这个过程在历史当中，总是周期性的发生。
局部的熵减是否违背熵增原理呢？不会。因为局部的熵减并没有使得整体的熵减，反而会进一步加速整体的熵增。
熵增原理的应用领域还在进一步拓展。为了研究不确性的复杂巨系统，有人受热力学第二定律的启发，在复杂系统中定义分布及其信息熵，利用信息熵增的思想研究复杂系统的演进，利用信息论中的模型和算法研究复杂系统的表达。有理由相信，信息熵和信息论的思想可以用来描述和刻画整个世界的发展和演化，也许对整个世界来说是第一法则。
最后，用爱因斯坦对热力学的评价作为结束。
一个理论，如果它的前提越简单,而且能说明各种类型的问题越多，应用的范围越广，那么它给人们的印象就越深刻。因此，经典热力学给我留下了深刻的印象。经典热力学是具有普遍内容的唯一物理理论。我深信在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻的。
热力学第二定律是不是一个伪命题？
这个矛盾与微观可逆性和宏观不可逆性相关。举例来说，单个气体分子的运动过程由经典力学支配，具有时间反演不变性，而大量气体分子扩散的最终结果是不可逆的，因此出现了罗施密特不可逆性佯谬，单纯依靠力学规律无法导出热力学第二定律。推广来看，目前的基本物理规律包括经典力学中的牛顿方程、拉格朗日方程、哈密尔顿方程、电磁学中的麦克斯韦方程组、量子力学中的薛定谔方程及相对论均满足时间反演不变性，但是实际的自然现象是不可逆的。因此热力学第二定律从一开始就受到质疑，该部分详细资料参见罗施密特不可逆性佯谬、庞加莱回归定理、演化物理学。
最近在想这个问题，实在不知道怎么调和。联想起量子力学中的哥本哈根解释，估计可能和量子力学有关，实在不行只能编程模拟了，只用牛顿方程，模拟气体分子扩散
热力学第二定律并不是一个伪命题。热力学第二定律是物理学中的基本定律，它描述了自然界中能量转换和传递的基本规律，尤其是热能的转换和传递。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的有两种：
1. 克劳修斯表述：自然界中不可能存在一个循环过程，其唯一结果是从低温热源吸热，向高温热源放热，而不需要其他改变。
2. 熵增原理：在一个封闭系统中，总熵（代表无序度的物理量）只能增加或保持不变，不能减少。
这些表述都是基于大量实验观察和理论分析得出的，它们在物理学、化学、工程技术等领域有着广泛的应用，并且至今没有被实验证据推翻。因此，热力学第二定律并不是一个伪命题，而是科学理论的重要组成部分。
在自然界存在的三大守恒定律，究竟都是什么？
自然界存在的三大守恒定律分别是：能量守恒定律、动量守恒定律、以及角动量守恒定律。这三种守恒定律不但适用于宏观世界，在微观的量子力学和相对论力学中也适用。
在自然界存在的三大守恒定律分别是质量守恒定律、电荷守恒定律、熵增定律，质量守恒和电荷守恒比较好理解，熵增定律是适用于热力学孤立体系的。
质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律，是自然界中的三大基本定律。
“这三大守恒定律分别是:质量守恒定律,能量守恒定律,动量守恒定律。首当其冲我们需要了解的就是质量守恒定律。这是物理学上高山仰止的里程碑,牛顿在中年提出来的一种理论,也是牛顿经典力学的主要支柱之一。
以下三个是自然界中存在的三大守恒定律 ，它们分别是：
1.能量守恒定律
2.动量守恒定律
3.角动量守恒定律
质量守恒定律，能量守恒定律，和动量守恒定律。熟悉物理学的朋友可能都会知道，我们所生活的自然界，看似纷扰复杂，但背后总是有着固定的“规律”可寻的。比如说，自然界就存在着所谓的“三大守恒”定律，是万事万物都在遵守的“至理”。这三大“守恒”定律到底分别是什么呢？它们又是通过哪些过程，来彻底改变自然界事物的运行轨迹的呢？
这三大守恒定律分别是：质量守恒定律，能量守恒定律，动量守恒定律。首当其冲我们需要了解的就是“质量守恒定律”。这是物理学上“高山仰止”的里程碑，牛顿在中年提出来的一种理论，也是牛顿“经典力学”的主要支柱之一。内容是：“在孤立系统中，物质的质量保持不变”。不过值得一提的是，随着科学的不断发展，我们也逐渐突破了经典力学的桎梏，“完备的物理大厦”也被证明并不存在。所谓的“质量守恒定律”，也只在特定情况下成立，在“相对论”中，已经被推翻了。
“能量守恒定律”又被称作为“热力学第一定律”，我们纵观物理学的发展历程，“能量守恒”堪称是一切的基础，此后令人眼花缭乱的理论知识和科技产物，无不是从“能量守恒定律”中派生出来的，它的内容和“质量守恒”也相差不多：“在孤立的封闭系统中，物质的总能量保持不变”。除此之外，就是“动量守恒定律”，是说明物体的动能的：在没有外力干扰的情况，物质的动能也保持着恒定不变的状态。
综上所述，这“质量守恒”“能量守恒”“动量守恒”都是物理学中的基石，是人类科学的重要理论成果。值得一提的是，还有部分人把“质量守恒”去掉，添上“角动量守恒”，不过并不是主流。
关于宇宙热寂说与热力学
本人未见到任何有说服力的批判，同样也未见到最终的证明。热寂说是个既不能证明又不能证伪的命题，至少现在是这样。下面仅讨论目前证伪的不可能性。
热寂说是将热力学第二定律推广到整个宇宙得出的推论。由于热力学第二定律已被无数事实证明适用于人类已知的宇宙（宏观的），至少目前尚未发现反例。因此要彻底证伪热寂说至少须做到下列之一：
1. 证明宇宙是无限的，热力学第二定律对无限宇宙不适用。
2. 证明宇宙是有限的，但热力学第二定律不适用于人类未知的宇宙。
3. 证明无论宇宙是否有限，热力学第二定律不是终极真理，未来一定会被推翻。
4. 证明万有引力在宇观系统中占据主导地位（相对于热运动）。宇宙的演化是朝向有序化，或至少是在某个宏观的时段内宇宙的演化是朝向有序化。
除了以上四点是否还存在其它彻底证伪热寂说的方法，我不能断定，这是就我有限的知识范围内而言的。欢迎网友补充。
下面对这四种方法目前不可能性的进一步阐述。
1. 持宇宙是无限的，热力学第二定律对无限宇宙不适用观点的人，能证明宇宙的无限性吗？宇宙的无限性只是根据人们经验的一种推断，根据人们发现的宏观世界的范围越来越大所作出的一种“合理”推断。持该观点的人自己可以根据经验对经验外的东西作出推断，为什么禁止别人根据越来越多的事实证明第二定律的正确性，而作出类似的推断（第二定律无限地正确）呢？
2. 宇宙是有限的，但热力学第二定律不适用于人类未知的宇宙。同样的理由目前尚无法证明宇宙是有限的，也不能证明第二定律不适用于人类未知的宇宙。试图证明的人必然遇到的问题就是对于人尚未发现的宇宙，如何证明自己的推断是正确的，而热寂说的推断是错误的。
3. 持无论宇宙是否有限，热力学第二定律不是终极真理，未来一定会被推翻的观点的人，同样无法克服的逻辑矛盾就是终极真理不存在如何证明。终极真理不存在这也是人类经验的总结并根据这个总结作出的推断。
4. 万有引力在宇观系统中占据主导地位（相对于热运动）。宇宙的演化是朝向有序化，或至少是在某个宏观的时段内万有引力占据主导地位，宇宙朝向有序化演化。这种演化尽管是可能的，但同样未得到大量证据证明，更何况将来如何现在更说不清，至少持这种观点的人手里的证据远远没有第二定律的证据多。
5. 至于负熵基本上不值一驳，负熵只能在某个局域出现，负熵不可能由系统产生，只能从外界流入，这个过程本身仍是不可逆过程，有负熵流入的系统和环境的总熵依然增加。并且与没有负熵系统的情形相比总熵增加更快。如果热寂说成立的话，只能加速热寂的到来。
如果要证明系统与环境的总熵必然增加这一论断不正确，就是要证明系统与环境的总和不是一个孤立系统。要么是证明这个系统之外的确存在一定不可能被环境所包括的东西，要么就要证明宇宙是无限的，无论环境取多大宇宙都会比它更大。如前所述这两点目前都无法证明。
最后再强调一下，以上仅是对证伪不可能性的探讨，并不意味着一定支持热寂说，这个假说是否成立只能靠时间来检验（假定那时人类尚未灭亡的话）。
另外有个有趣的现象是：热力学第二定律尤其是热寂说一直以来饱受争议的同时，热力学第一定律却很少被争议。其实能量守恒的前提也是宇宙是孤立系统(我们说能量的总量不变的时候，这个“总”究竟代表什么？），说它不是孤立系统的人同样要回答宇宙之外还存在什么可以与我们所考虑的宇宙能量交换的东西。我的粗浅理解是，比起第一定律，第二定律太严酷了，它的“真理"性打碎了人们种种梦想，非但如此如果终将热寂，人在宇宙中到底是何地位？这么一条“灭绝人性”的定律不推翻它，心不甘啊。
一个封闭系统熵是单向增加的。可是宇宙是个封闭系统吗？如果宇宙能得到某些input，它的熵还是会不断增加吗？而且“热死论”忽视了宇宙中绝对主要的力量－－引力的存在，没有引力和有引力的热力学是完全不同的。假入你给没有引力作用的一团气体分子热量，毫无疑问气体会被加热，温度升高；如果这团气体被引力束缚在一起，你给它们加热，如果不考虑它们的辐射，它们会飞地更快，结果是势能增大，动能降低，变得更冷！
当然对宇宙的未来现在尚无定论。有理论认为，在所有的恒星全部燃烧殆尽后，宇宙进入黑暗时代，然后在宇宙中游走的黑洞们相互吞并，势力越来越大，最后可能会使所有的物质统统纳入其势力范围，然后在难以想象的时间后（10^100年）这个大黑洞通过量子效应消失了；有的理论认为宇宙最后讲经历一场大踏缩，所有的物质最后都落入原点，然后再来一次big bang；有的理论甚至认为会发生大撕裂：根据现在的观测，宇宙中暗能量密度随着宇宙膨胀并没有降低，甚至可能在升高，那么在很久以后，宇宙中的暗能量会如此之多，空间的膨胀克服了星系见的引力，甚至最后能克服电磁里和核力，让原子和原子核都分崩离析...
我也表达一下我的看法：
关于热寂说，主要还是建立在世界为封闭系统的假定之下。
与热寂说相对应的有普里高津创立的自组织理论，当然在非线性领域还有一个著名的例子就是FPU回流（一组非线性振子没有想象中的能量均分，而是有回归现象）。这些都证实了开放系可以由无序走向有序。
批判热寂说只是批判它的悲观色彩。就人类生存的时间和空间的维度来看，我们实实在在是生活在开放的系统中。如地球每时每刻在接受着太阳的辐射，而太阳系同样也是开放系。
所以整体说来现在的研究集中于如何从混沌走向有序，包括非线性及耗散系统中pattern的形成，孤立子的激发，自锁现象，乃至生命如何形成。
首先，“热寂说”是依据热力学第二定律得到的结论，其主要意思是：如果将整个宇宙作为一个孤立系统的话，那么，根据热力学第二定律的熵增原理可知，整个宇宙的熵（产）将不断增加，有效能不断损失，宇宙温度将不断趋于均匀一致，最后，宇宙每一点都具有相同的温度（相同的压力、相同的物质、相同的密度……），宇宙没了差别，就没有了动力，宇宙因“热”（指熵增）而一片“寂寞”，宇宙“死亡”。
此论说一经提出，立即引起世界哗然，宇宙似乎走到尽头了。但很快有人进行了反驳，主要论点有二个：
一是“负熵”论点。其主要观点是：熵增的同时，也产生了很多的“负熵”，这些负熵，足以抵消“熵增”，所以宇宙不会死亡。可是“负熵”论点也很快被否决了。否决“负熵”论点的主要要点是：“负熵”的产生，也是以牺牲熵增为代价的，其总的结果仍然是熵增。如新星体（或星际）的形成，是“负熵”，但它是以牺牲其他高能量星体（或星际）的死亡为代价的。地球上生物的进化，也是“负熵”，是以牺牲太阳的热为代价的。但太阳最终也会死亡，整个太阳系将不复存在，等等。最终，这个观点没能站住脚。
二是热力学第二定律的适用范围论点，其主要观点是：热力学第二定律是根据宏观物系得到的结论，因此它仅适用于有限的物系，不能推广到无限的物系。而宇宙是无限的，宇宙中的物质是无限的，因此将整个宇宙作为一个孤立系统是不对的。
当然，还有许多其他的解释，如还有“大爆炸”理论等，其争论的焦点还是热力学第二定律的适用范围。
“热寂说”是否成立，多年来（几百年）对宇宙的存亡问题仍争论不休。主要是宇宙“膨胀”说。这种观点比较“客观”，认为：宇宙是否会死亡，主要取决于宇宙膨胀的速度，如果宇宙膨胀速度过慢，最终将会因宇宙引力而收缩，宇宙最终会收缩到原始点，然后再“爆炸”。如果宇宙膨胀过快，也会“坍塌”，最后还是收缩到原始点。也即宇宙膨胀太快或太慢都不行，只有当宇宙以一个临界速度膨胀，宇宙将会永远膨胀下去，这样，宇宙就会“永生”了。按照这种观点，人们把精力投入了对宇宙膨胀速度的研究。正是这样的研究，人们对宇宙又有了新的认识。
过去为探讨宇宙“存亡”问题花掉了不少时间，其实，那时我们对宇宙并没有真正地了解。随着现代技术、观察仪器、检测仪器、方法、观念等的出现，人们对宇宙有了新的认识：宇宙是由正反物质组成的，宇宙的能量也有正负。我们只能观察到正物质，了解正能量。正粒子与反粒子相撞，正反粒子都消失而形成一束光，一束强光也可以从物理真空中打出正反粒子（这就是前不久才做的实验，当时霍金还担心会出现“隧道”什么的）。但真空又是什么呢？说远了，还是聊聊“热寂说”吧。
目前已经不再讨论“热寂说”了，其原因很多，有主观上的也有客观上的。主观上，我们都不希望宇宙毁灭，客观上，我们对宇宙的认知还远远不够。我是赞成热力学第二定律是有适用范围的论点。“负熵流”虽然反对“热寂说”，但其本身也站不住脚。但我从另外的角度来考虑宇宙“生死”问题，我想，从科学认识的角度来探讨的话，远非你我辈所及，但换个角度，我们从哲学的立场来看待这个事情呢？我是这么想的：宇宙既然有一个开始，就会有一个结束。当然，也许宇宙既没有一个开始（“大爆炸”之前宇宙怎样呢），也不会有一个结束。
这个问题还是留给后人吧，我们还是做好眼前事。
怎么用物理学中的“熵”去解释生命的生和死？
何为“熵”？ 熵，是一个有趣且意义深刻的抽象概念，很多物理学家都对它有不同的注解。
熵的概念最早源于热力学第二定律（second law of thermodynamics），是热量与温度的比值（ S= Q/T），其物理意义是对封闭体系整体混乱程度的度量。
热力学第二定律的表述 1850年，克劳修斯(T.Clausius) 表述为：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。1851年，开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。这两种表述的完全等价的。
1854年，克劳修斯首次提出entropie，1923年，我国物理学家胡刚复根据“热温商之意”把entropie译为“熵”。
有名的“熵增原理”：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小，表达公式为： S 0。
熵看似来源于热力学，但其本质其实体现的是统计学原理，描述得是一个封闭系统的整体混乱程度。
宇宙万物都可以看出大小不同的系统，所以熵的普适性极强。爱因斯坦也笃信没有人能推翻热力学第二定律，以及延展的熵增原理。
统计力学的诠释 一场统计力学革命，揭示了“熵”概念更微观表述。
路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann）创立的统计力学起源于他的气体动理论。该理论将热力学行为解释为牛顿运动定律下微小粒子个体运动的总和结果。
那么给你一定规模的微小粒子观察量，它们会多少种组合方式？这决定于微观粒子的排列位置、速度等微观态，而温度、压力、体积这些热力学概念则是这些微粒子特定“排列组合”的宏观态表现。
而一种宏观态下，可能存在大量不同的微观态。
最核心的一点是：如果一个系统自行运行，它最终会尝试所有可能的微观态。所以一些有价值的微观态永远占少数，大多数情况下都是混乱的无用状态。
这一解释也能很好的对应热力学现象。一个系统内的热力学现象，主要由空间内的能量分布来决定。能量分布的情况决定了这个系统的热力学性质。当一个系统自动运行足够长时间，系统中的粒子和能量在所有可能不同形态的呈现中，绝大多数可能的能量分布会使系统非常接近一个宏观状态，就是热平衡状态。
基于以上的理解，玻尔兹曼将熵表述为： “熵”=体系的符合宏观态的微观态个数的对数 玻尔兹曼常数 ，即S=klnΩ（体系微观态Ω是大量质点的体系经统计规律而得到的热力学概率，玻尔兹曼常量k=1.3807x10-23J·K-1）。
总之，一种宏观态与微观态的对应方式，不是一对一，而是一对多。对宏观态的一些定义越宽泛，其对应的微观态也越多。比如“生”“死”的宏观定义，都包含了大量微观态数量，但总体来说，“死 ”的微观态数量远大于“生”。
生命以负熵为食 从统计学的角度来看，系统中能产生的微观态数量越少，熵值就越小；能产生的微观态数量越多，熵值就越大。而没有什么比系统的平衡状态，可包容的微观态数量更多的了，所以平衡态往往都是熵值最大。
一个生命体就可以看成一个系统，不过它不是封闭的，所以能从周围环境中吸取低熵的能量，一维持生命，但当个体衰老，身体机能下降，我们会越来越难以再吸收低熵的能量，难以维持人与环境的不平衡，不平衡才有生命的存在。一旦平衡意味着死亡，意味着回归自然。
那个虐猫的薛定谔还写过一本大名鼎鼎的科普书《生命是什么》。在书中，他就阐述了这样一个观点： 生命以负熵为食，有能力从环境中抽取序，以减少自身的混乱。
熵增原理，揭示了世界万物都会从有序化，走向无序化，在封闭系统内必定越来越混乱，这是死亡的天命本质。
要成为生命，就必须具备抵抗这种无序化进程的能力。也就是说，世界上每一个生命体，实际上都是在与无序抗争。逆天改命，并不只是魔童哪吒的命。在熵增的宇宙中，身而为人，就是要行逆天改命之事。
熵是热力学中的一个统计概念，其意味着粒子系统的变化总是朝着路径最多的状态发展。例如，当瓶中的香水挥发成香气时，这些芳香气体分子倾向于跑到瓶外。因为，随机运动的气体分子，在瓶外的路径远多于留在瓶中的路径。毕竟，瓶子的体积远小于房间的大小。所以，熵是可能性的对数。熵增原则，就是事物的演变，总是朝着可能性大的方向发展。
于是，在自然界中的所有事物，都可以被划分为两大类。其一是平衡的状态，其熵已经达到了最大值；其二是非平衡的状态，其熵值较小。因此，第一种状态表现为动态平衡，在宏观上没有变化；而第二种状态则表现为，事物会朝着平衡的状态演化。
对此，你会问，不平衡的状态是如何产生的？否则的话，久而久之，不就达到平衡，成为热寂的状态了吗？答案是，自然界的变化存在着质变，是有层次的，因而其变化的发展总是不平衡的。
比如，宇宙大爆炸时，其内部只有单一的最小粒子——量子，处于等离子状态，就内部而言达到了熵的最大化。然而，宇宙是一个相对独立的封闭系统，其内外部量子空间的能量密度（压强）并不相同。由于宇宙的被压缩，其处于熵减的状态。于是，该状态导致了宇宙的极速膨胀。此时，宇宙的膨胀速度远大于其内部空间的传播速度，在宇宙的内部出现了熵减的过程，随着宇宙的膨胀会变得越来越不平衡。
这实际上就是将宇宙外部的不平衡部分地转移到了其内部的不平衡，从而在整体上实现了熵的增大。于是，在宇宙的内部，出现了局部远离平衡态的情况，从而产生了耗散结构，即形成了量子的封闭体系。这就是能量转化为质量的过程。其本质，是将宇宙内部的熵减，转化为局部的熵减即产生了物质。
因此，物质的存在违背了熵增原则，是不稳定的。当宇宙的膨胀速度小于其内部的传播速度时，宇宙内部的量子空间就会服从熵增原则，逐渐地达到平衡。于是，作为熵减的物质开始逐步解体，由封闭的量子还原为离散的量子。这就是质量转化为能量的过程。所以，物质是宇宙的能量缓释器，其起到了平衡的作用，是宇宙极速膨胀的副产品。
对此，也许你会提出疑问，为什么现在依然存在着大量的物质，而且有些物质还会进一步地生长壮大？这是因为，维持耗散结构的条件是需要不断地补充能量，以弥补其能量的流失。对于生物而言，就是需要新陈代谢，不断地吃食物。食物的本质是负熵，以食物的熵增来换取生物的熵减。
于是，对于生物而言，其生命的意义就在于不断地吃负熵以维持其耗散结构的存在。而死亡则意味着该生物无法补充能量，从而导致其耗散结构解体，由质量还原为能量，其自身实现了熵的增大。
总之，根据熵增原则，事物的变化总是朝着概率最大化的平衡方向发展。生物的诞生与成长，其本身是一个熵减过程，需要由其他物质的熵增来予以补偿。一旦这一补偿机制被终止了，该生物就走向了死亡，从而逐渐地解体，与外部环境达到平衡的状态。
熵是指代一个系统的无序程度。要用熵的观念来解释生与死，就是要理解生与死各自的边界。
每个生命个体都是一个具备了一定程度的独立性的系统，一定程度的独立性就是指在有限指标范围的环境条件下可以存续下去。而当环境参数超出这个有限范围时，生命系统就会失去他的稳定状态，相应的生命系统的存续就会受到极大威胁，直至系统崩溃，也就是生命活动的停止。
每个生命系统通常又是由若干功能系统组成，每个功能系统又是由若干功能各异的器官组成，每个器官又是由许多相似的细胞组成，每个细胞又由功能各异的细胞器组成。细胞就到是最小的生命单位了，因为在一定条件下一个细胞可以独立存续下去。在一个生命个体中，一个两个少数细胞的死亡、衰老或者流失都不会造成该个体的完全崩溃，直至到一定比例数量的细胞死亡、衰老或流失造成存续条件的边界被突破就会造成该个体的生命功能无法维持进而完全崩溃。细胞的死亡、衰老或流失就是熵增，熵增是持续不断在发生的，我们为了抵御熵增就需要及时从环境中摄取负熵（有序能量）以补偿熵增所引起的空缺。这个过程中的补偿行为都无法完全使系统等同于原来的样子，完全随着时间的推移，补偿次数增加，偏差累积，系统的协作性减弱，也即无序性增加，达到一定程度时该个体就完全无法维持也就崩溃了。
霍金究竟作出了什么贡献？
1 科学方面：
霍金的研究领域是引力与黑洞。他的主要贡献有两个：奇点定律（1970）与霍金辐射（1974）。
奇点定理：Roger Penrose（彭罗斯，似乎更牛） 一起开创性地运用拓扑学的方法，证明广义相对论方程导致奇点解，间接地证明了大爆炸奇点的存在。
霍金辐射：受Bekenstein熵的启发下，运用弯曲时空背景下的量子场论方法，证明黑洞像热力学黑体一样对外辐射。这是广义相对论和量子力学相结合的第一个典范，具有特殊的重要性。
2 科普方面：其代表作《时间简史》（1988），探索着宇宙的起源，凭借丰富的想象，精妙的构思，字字珠玑，阐释宇宙未来之变，神奇而美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册，被译成近40种语言。
拓展资料：
斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日至2018年3月14日），男，出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。
1963年，霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症（卢伽雷氏症），全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。1979至2009年任卢卡斯数学教授，主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型。
在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。获得CH（英国荣誉勋爵）、CBE（大英帝国司令勋章）、FRS（英国皇家学会会员）、FRSA（英国皇家艺术协会会员）等荣誉。
2012年4月6日播出的热播美剧《生活大爆炸》第五季第21集中，史蒂芬·霍金本色出演参与了客串。2017年为英国BBC录制纪录片《探索新地球》。物理学家斯蒂芬·霍金11月6日表示，技术有望逆转工业化对地球造成的一些危害，有助于消除疾病和贫困，但人工智能需要加以控制。2017年11月，霍金预言2600年能源消耗增加，地球或将变成“火球”。
2018年3月14日，霍金逝世，享年76岁。霍金逝世后，引发全球各界悼念。
参考资料：百度百科-霍金
一，科学方面。
霍金的研究领域是引力与黑洞，他主要有两个贡献：奇点定理（1970）与霍金辐射（1972）。
奇点定理：在广义相对论中， 对奇点的研究是一个重要的课题， 它既是能量条件最早的应用之一， 也是全局方法在广义相对论中初试锋芒的范例。
霍金辐射：霍金辐射（Hawking Radiation）是解释有关黑洞热力学性能的理论预测，要旨在于黑洞会放出黑体辐射，由斯蒂芬·威廉·霍金在1972年建立数学模型。
二，科普方面。
霍金作为当代理论物理的代言人，对于在公众面前宣传理论物理作用是极大的。这一点应该无人能出其左右。霍金在科学界的名气一部分也来自于科普到科学的“出口转内销”。霍金在公众眼里的巨大名气当然算是他对物理学（甚至科学）的贡献，至少一些少年因为受到霍金感召而报考了物理系。
拓展资料：
史蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日—2018年3月14日），出生于英国牛津，英国剑桥大学应用数学与理论物理学系物理学家，著名物理学家、宇宙学家、数学家。霍金是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家和当代最伟大的科学家，人类历史上最伟大的人物之一，被誉为“宇宙之王”。他的代表作品有《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等。
斯蒂芬·威廉·霍金，１９４２年１月８日出生，曾先后毕业于牛津大学和剑桥大学三一学院，并获剑桥大学哲学博士学位。在大学学习后期，开始患“肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症”（运动神经元疾病），半身不遂。他克服身患残疾的种种困难，于１９６５年进入剑桥大学冈维尔和凯厄斯学院任研究员。这个时期，他在研究宇宙起源问题上，创立了宇宙之始是“无限密度的一点”的著名理论。１９６９年起任冈维尔和凯厄斯学院科学杰出成就研究员。１９７２－１９７５年先后在剑桥大学天文研究所、应用数学和理论物理学部进行研究工作，１９７５－１９７７年任重力物理学高级讲师，１９７７－１９７９年任教授，１９７９年起任卢卡斯讲座数学教授。其间，１９７４年当选为皇家学会最年轻的会员。１９７４－１９７５年为美国加利福尼亚理工学院费尔柴尔德讲座功勋学者。１９７８年获世界理论物理研究的最高奖爱因斯坦奖。霍金的成名始于对黑洞的研究成果。在爱因斯坦之后融合了２０世纪另一个伟大理论──量子理论，他认为，宇宙是有限的，但无法找到边际，这如同地球表面有限但无法找到边际一样；时间也是有开始的，大约始于１５０亿到２００亿年前。１９８８年获沃尔夫物理学奖。 １９８５年霍金丧失语言能力，表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。他用仅能活动的几个手指操纵一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句，然后通过电脑播放声音，通常制造一个句子要５、６分钟，为了合成一个小时的录音演讲要准备１０天。１９８８年写成科普著作《时间简史》，至１９９５年１０月该书发行量已超过２５００万册，译成几十种语言，中译本也已出版。 １９９０年与结婚２５年之久的妻子简·怀尔德离婚。１９９５年９月１６日，与他的护士伊莱恩·梅森结婚。 史蒂芬·霍金教授是当代享有盛誉的伟人之一，被称为在世的最伟大的科学家，当今的爱因斯坦。他在统一20世纪物理学的两大基础理论—爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。1989年获得英国爵士荣誉称号。他是英国皇家学会学员和美国科学院外籍院士。 霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。
著名科学家、科普作家斯蒂芬·威廉·霍金（以下简称霍金）于去年2018年3月14日去世，享年76岁。这位在半个世纪前就被医生判了死刑，说活不过两年的天才科学家，带着病躯又顽强的活了半个世纪，给人类科学和民众科普留下了宝贵的财富。霍金科普之王
对于普罗大众，霍金留给我们最有价值的就是他写的几本畅销科普书，对于上了年纪（30岁以上…）的科学爱好者，相信没几个人没看过霍金的书。
当然，对于现在来说，科普书满天飞，所以年轻一代可能有好些没有看过霍金的科普书的，但在这些满天飞的科普书作者中，大概又有很大一部分是看过霍金的科普书并深受其影响的。作为史上最畅销科普书作者，霍金留给科学爱好者的科普财富是无与伦比的。在他所著的众多科普书中，称为霍金三部曲的《时间简史》、《果壳中的宇宙》和《大设计》最为知名，特别是上世纪80年代写的《时间简史》可谓人尽皆知，全球销量数千万册。曾经在科学爱好者里没有看过《时间简史》都不好意思说自己是科学爱好者……当然霍金的最主要身份是作为一名科学家而不是科普作家。那么他又留给科学界些什么呢？霍金在科学上的成就主要集中在宇宙学方面，而且跟很多著名科学家一样，他的主要贡献基本上都是年轻时做出的。很多人说霍金晚年碌碌无为，我只想说，这不正常吗？有多少个理论物理学家在晚年还碌碌有为的？
好了废话太多，现在聊正题。在科学上，霍金又给我们留下了什么……嗯？我们？……等等，应该说科学界……理论贡献关我们什么事……早年，霍金在宇宙学上贡献颇大，特别在在黑洞研究上面，而事实上他的理论贡献也都主要集中在黑洞方面。一、奇性定理这是霍金与数学家彭罗斯共同证明的，他们的计算表明，在很一般的初始条件下，物质坍缩到形成视界后时空中都会出现奇异性并产生奇异点，根据计算这个奇异点是时间为0的点，也就是它要么是时间的起点，要么是时间的终点。霍金和彭罗斯证明，在宇宙大爆炸之初存在一个时间的起点，而在黑洞坍缩中心存在一个时间的终点。奇性定理曾经终结了宇宙大爆炸之前是什么的问题，因为宇宙大爆炸就是时间的起点，它没有之前。
宇宙大爆炸奇点二、黑洞无毛定理
这个无论是中文名还是英文名都相当不雅的定理是由霍金和其他研究者共同证明的，它指出当天体因引力坍缩而产生视界后，对于外界只剩下质量、电荷和角动量三个物理量，其余一切信息（包括温度）都会失去。因此在我国它有一个比较雅观也更为贴切的别名——三毛定理。但这个定理一经提出就引起了强烈反响，首先是来自量子力学方面的，因为这个定理与量子力学的一个基本定律产生矛盾——信息守恒。这在物理界一直存在争议，相对论学家认为信息确实是不守恒的；但量子物理学家不干，他们认为信息必须守恒。后来霍金声称证明了信息确实守恒……但相对论权威基普索恩认为他的证明是错的，所以关于黑洞信息是否守恒，目前科学界还没有达成共识。黑洞无毛定理的第二个冲突来自热力学，刚才说了在物质落入视界后温度信息也会丢失，那么问题来了，如果把外界的熵都扔进黑洞，黑洞的熵并没有增加，而外界的熵降低了，这不就违反热力学第二定律了吗？这两个问题一开始相对论学家还能杠一下：黑洞视界内是一个独立的系统，因此扔进去的信息和熵都与外界宇宙无关，这样就不算违背量子力学和热力学了。这样解释大家确实也无话可说，毕竟根据相对论，进去的东西永远也出不来了，谁也不知道它在里面咋了，它跟外界已经没有关系了。这样，这两个问题就都不是问题了。然而没过几年，霍金就搞出了一个大新闻，导致这两个问题又成了大问题。稍后再说。（见第4点）黑洞无毛定理三、面积不减定理
霍金指出，当视界形成以后，任何物质落入黑洞，黑洞的视界表面积只会增加不会减少。
这任何物质包括了另一个黑洞。因此，这一定理将限制了双黑洞合并时的引力波辐射总能量。也就是说根据面积不减定理，两个黑洞合并过程所产生的引力波辐射总能量必定低于一个阈值，使两个黑洞合并后形成的黑洞的视界表面积大于合并前的两个黑洞视界面积之和。霍金的这一定理已经在自2015年之后LIGO激光干涉引力波天文台检测到的多次双黑洞合并引力波事件所证实，不过这个理论的分量不够，霍金并没有因此获得任何奖项。引力波事件证明了面积不减定理四、霍金辐射
这个以霍金名字命名的理论被公认为霍金毕生最重要的理论贡献。虽然黑洞辐射并非是霍金首先提出的，但是凭着超强的理论和数学能力，霍金首先完美地证明里黑洞辐射！为了这个证明，他构建了一个称为弯曲时空量子场论的广义相对论与量子力学的合并理论。他尝试在黑洞附近极度弯曲的时空中考虑量子效应，根据量子力学，真空中会随机出现虚粒子对，并随即湮灭，但当这些虚粒子对出现在黑洞视界周围极度弯曲的时空中时，情况就会变得有趣起来，它们可能出现三种情况：
1.与在平坦时空时一样后最终湮灭。
2.在湮灭前其中一个落入视界，另一个也跟着落入视界。3.虚粒子对被黑洞超强的潮汐力分开到足够的距离，其中一个落入视界，另一个向外逃逸。当逃逸的虚粒子失去了能与之湮灭的另一半后，就会成为实粒子，相应的落入黑洞那个虚粒子也会变成实粒子，这过程就像黑洞里往外发射了一个实粒子一样。基于能量守恒，落入黑洞的实粒子与向外逃逸的实粒子总能量为0，那么辐射出来的实粒子是携带正能量还是负能量呢？霍金指出，向外逃逸的实粒子必然是携带正能量的实粒子。这是因为黑洞外的正常时空不允许负能实粒子存在，如果首先落入黑洞的是正能粒子，那么留在外面只能跟着进去，而不会往外逃逸。但是黑洞内的时空则不同，黑洞视界是一个单向膜，视界内的时空会发生互换，在视界内的特殊时空里是允许存在负能实粒子的，因此留在外面的实粒子无需跟进去与之湮灭。所以黑洞可以以一定的速率持续向外发射正能量的实粒子，与此同时，落入视界的负能实粒子则减少了黑洞的总能量，这过程就像黑洞在慢慢蒸发一般，因此霍金辐射也被称为黑洞蒸发。霍金辐射五、黑洞热力学
黑洞热力学最初是美国物理学家约翰·惠勒提出的，由他的学生雅各布·贝肯斯坦发扬光大。在霍金证明了面积不减定理后，贝肯斯坦就指出黑洞表面积很像热力学的熵，都是自增不减。但霍金非常抗拒这种说法，他指出，如果黑洞有熵，就意味着有温度，就应该会产生热辐射，但是广义相对论不允许黑洞存在热辐射，因此霍金否决了贝肯斯坦这一想法。
然而前面在介绍黑洞无毛定理时说过，黑洞的存在违反了热力学第二定律——熵增定律，由于黑洞可视为一个独立的系统，所以可以回避这个问题，然而霍金辐射的证明让这个问题无可回避，因为黑洞最终会蒸发消失，因此它与外界宇宙是同一个系统。而霍金辐射证明了黑洞会向外产生辐射，而且霍金证明所产生的辐射是黑体辐射，这样，霍金当初否决贝肯斯坦的理由就不成立了，因为黑洞确实会产生热辐射！因着霍金辐射的证明，黑洞热力学也正式被确立，我们来看看黑洞热力学与热力学一一对应的四条定律：热力学第零定律——如果a和b都与c取得热平衡，那么a与b也必然热平衡。这是一条关于温度的热力学定律，而在黑洞热力学里，温度就对应着黑洞的表面引力。也就是说，黑洞的温度高低由其表面引力的大小决定，表面引力越大，黑洞温度越高。热力学第一定律——能量守恒定律。这条是宇宙的基本定律与之对应的就是黑洞的电荷和角动量。热力学第二定律——熵增定律。前面说了，贝肯斯坦早已指出这就是霍金证明的面积不减定理。热力学第三定律——不能通过有限的物理过程把温度降到绝对零度。这对应的自然就是不能经过有限的物理过程将黑洞的温度（表面引力）降低到零。贝肯斯坦黑洞熵公式虽然黑洞热力学并非由霍金首先提出，但是很显然每一条黑洞热力学定律都离不开霍金的理论，所以把黑洞热力学归为霍金的理论贡献应该不会有人反对吧。
到这里这篇文章已经超过3000字了……所以后面的理论我长话短说……六、黑洞信息守恒这同样是之前在介绍黑洞无毛定理时提到过的，随着霍金辐射的证明重新成了必须面对的问题。与熵增定律不同，霍金在证明霍金辐射后依然不承认信息守恒，并和好朋友基普·索恩一起与支持守恒的量子物理学家打赌。与之前几乎所有霍金理论一样，黑洞信息守恒同样不是霍金自己首先提出的，但又是他第一个给出数学证明的，数学太好没办法……当他拿着自己的证明宣布打赌输了的时候，那位赢了的量子物理学家一脸懵逼地说：我没听懂他的证明，不知道为什么赢了……
当然，前面也说过，索恩并不认同他的证明，所以黑洞信息守恒其实目前还存在争议。曾经听国内的相对论权威北师大的赵峥教授说过，他发现霍金关于黑洞信息守恒的证明是有问题的，在其中一个过程里，他在数学上假设了时间可逆（也就是相当于可以回到过去）。不过显然霍金和大部分物理学家都认为证明是对的，他们构建了一些理论用于解释落入黑洞的物质信息去了哪里，比如火墙理论、软毛理论等。黑洞信息悖论和解决方案七、无边界宇宙
这可能时霍金唯一可以声明原创的理论贡献了。无边界宇宙可能是霍金的《时间简史》里最难懂的部分，说实在这个理论我没有把握把它讲明白，幸好现在字数够了，我可以省略一些……
我们知道无论宇宙中时间和空间有着截然不同的性质，虽然它们共同构成了时空这个整体。在狭义相对论统一时空后，基于光速不变，时间可以换算成空间，即ct（光速乘以时间得到距离），但这在描述空间位置时必须取负号，即s2=x2+y2+z2-(ct)2，爱因斯坦的大学老师闵可夫斯基就通过加入在时空变换的项中加入一个虚数使负号变成正号，即s2=x2+y2+z2+(ict)2，从而构建了一个四维空间——闵可夫斯基空间。也许霍金从中得到启发，在他的奇性定理里，证明了大爆炸之初存在一个奇点——时间的起点，但这意味着宇宙存在一个创生的时刻，作为无神论者的霍金很不喜欢这个结论。因此他同样在时间轴上加上一个虚数项，使时间轴变成虚数轴，与原来的实时间垂直，这样虚时间就具有与空间一样的性质，成为空间的第四个方向。一个与空间性质相同的时间轴意味着它能像空间一样闭合（当时还没发现宇宙加速膨胀，一般认为宇宙是闭合的超球面），这样它就不再有起点和终点。霍金以一个球面作为类比，当你沿北极走到南极，并不会停下来，在你看来南极与其它地方并无二致。这样霍金构筑了一个在时间上也没有边界的宇宙，这个宇宙同时推翻了他的第一个重要理论——奇性定理。使一切物理规律失效的奇点——时间起点并不存在，在虚时间里宇宙坍缩回去也仅类似于你从北极走到了南极，没有任何事物阻止你继续往前走……勇于挑战自我的天才看到这里，相信你不会怀疑霍金是个天才，几乎他的每一个重要理论都有人走在他的前面，但最终都是由他首先完成了。更让人肃然起敬的一点是，霍金从来不怕否定自己的理论，有时我会觉得他就是在一个劲推翻自己之前的理论……
比如霍金辐射“推翻了”面积不减定理，黑洞信息守恒“推翻了”黑洞无毛定理，无边界宇宙“推翻了”奇性定理……我只想说，霍金你是在逗我呢？还是在逗我呢？……永不止步的天才
斯蒂芬·威廉·霍金，１９４２年１月８日出生，曾先后毕业于牛津大学和剑桥大学三一学院，并获剑桥大学哲学博士学位。在大学学习后期，开始患“肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症”（运动神经元疾病），半身不遂。他克服身患残疾的种种困难，于１９６５年进入剑桥大学冈维尔和凯厄斯学院任研究员。这个时期，他在研究宇宙起源问题上，创立了宇宙之始是“无限密度的一点”的著名理论。１９６９年起任冈维尔和凯厄斯学院科学杰出成就研究员。１９７２－１９７５年先后在剑桥大学天文研究所、应用数学和理论物理学部进行研究工作，１９７５－１９７７年任重力物理学高级讲师，１９７７－１９７９年任教授，１９７９年起任卢卡斯讲座数学教授。其间，１９７４年当选为皇家学会最年轻的会员。１９７４－１９７５年为美国加利福尼亚理工学院费尔柴尔德讲座功勋学者。１９７８年获世界理论物理研究的最高奖爱因斯坦奖。霍金的成名始于对黑洞的研究成果。在爱因斯坦之后融合了２０世纪另一个伟大理论──量子理论，他认为，宇宙是有限的，但无法找到边际，这如同地球表面有限但无法找到边际一样；时间也是有开始的，大约始于１５０亿到２００亿年前。１９８８年获沃尔夫物理学奖。 １９８５年霍金丧失语言能力，表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。他用仅能活动的几个手指操纵一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句，然后通过电脑播放声音，通常制造一个句子要５、６分钟，为了合成一个小时的录音演讲要准备１０天。１９８８年写成科普著作《时间简史》，至１９９５年１０月该书发行量已超过２５００万册，译成几十种语言，中译本也已出版。 １９９０年与结婚２５年之久的妻子简·怀尔德离婚。１９９５年９月１６日，与他的护士伊莱恩·梅森结婚。 史蒂芬·霍金教授是当代享有盛誉的伟人之一，被称为在世的最伟大的科学家，当今的爱因斯坦。他在统一20世纪物理学的两大基础理论—爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。1989年获得英国爵士荣誉称号。他是英国皇家学会学员和美国科学院外籍院士。 霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。
或许大多人都和大话君一样，对于霍金的了解只是基于学校课本上的简短介绍，但是我相信，对自然科学稍感兴趣的同学，绝对会对他印象深刻。惊讶的不仅是他全身瘫痪，不能言语，只有三根手指可以动，更令人感叹的，是他那仅有的“先知”一般的大脑，对宇宙科学的大胆探索和预测，一次次刷新着人类的宇宙观。
“宇宙之王”的称号，当之无愧。
当然，大话君并不是一个“霍金吹”。因为宇宙科学，对于我们大多数人的认知来说，实在过于遥远，所以，对于霍金的成就，我们是没有具体概念的。那么，霍金到底对人类有实质性的贡献呢？
基本介绍
斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日出生于英国牛津。出生当天正好是伽利略逝世300年忌日。
霍金毕业于牛津大学（University of Oxford）和剑桥大学（University of Cambridge），并获剑桥大学博士学位。
1963年，21岁的他不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症即运动神经细胞病。当时，医生曾诊断身患绝症的他只能活两年，可他一直坚强地活了下来。
1965年，23岁时他取得了博士学位留在剑桥大学进行研究工作。
科学方面
霍金的研究领域是引力与黑洞。他的主要贡献有两个：奇点定律（1970）与霍金辐射（1974）。
奇点定理：Roger Penrose（彭罗斯，似乎更牛） 一起开创性地运用拓扑学的方法，证明广义相对论方程导致奇点解，间接地证明了大爆炸奇点的存在。
霍金辐射：受Bekenstein熵的启发下，运用弯曲时空背景下的量子场论方法，证明黑洞像热力学黑体一样对外辐射。这是广义相对论和量子力学相结合的第一个典范，具有特殊的重要性。
霍金的主要工作都作于上世纪60年代末70年代初黑洞研究大发展时期，他的早期工作对引力与黑洞领域起到了非常大的促进作用。其证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型。在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。
公众对霍金的印象是一个宇宙科学家，他的研究对象是宇宙，但其实他对观测天文并不感兴趣，只有几次用望远镜观测过。他的研究方式主要是通过猜想和理论相结合做出预言性结论（这或许是令很多人不能信服的原因吧）。
霍金认为他一生的贡献是，在经典物理的框架里，证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性，黑洞越变越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因辐射而越变越小，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且整个宇宙正是起始于此。
科普方面
霍金作为当代理论物理的代言人，对于在公众面前宣传理论物理作用是极大的。这一影响力应该无人能出其左右。
当然，霍金在学术界的名气是与其贡献相称的。同行们将霍金视为上世纪70年代以来在引力和黑洞领域作出杰出贡献的众多学者之一。而并没有把他摆在诸如牛顿、爱因斯坦，等人之上。但是，他在公众面前的名气令人匪夷所思。其一方面来自其研究领域的普遍吸引力——你很难找到比诸如时空、宇宙这样更吸引大众的主题了，何况研究领域涉及到拿爱因斯坦这样的大牛。传言，也因为剑桥大学霍金团队以及出版商的运作，将他包装成了“伟大”的科学明星。
其代表作《时间简史》（1988），探索着宇宙的起源，凭借丰富的想象，精妙的构思，字字珠玑，阐释宇宙未来之变，神奇而美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册，被译成近40种语言。
《果壳中的宇宙》是霍金继《时间简史》后最重要的著作。霍金在书中，再次把我们带到理论物理的最前沿，用通俗的语言向我们解释宇宙的原理，谁也无法想象果核与宇宙的联系，而霍金正向我们生动，形象地讲述这些神奇。和《时间简史》一起成为全世界最畅销的科普著作之列，影响力可见一斑！
作为一位大半生困在轮椅上人，霍金至今仍然在坚持科研和写作，身残志坚，与命运抗争，这种精神绝对称得上伟大。
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宇宙会永恒存在吗？
文/青松悟语
上大学的时候，我的同桌是一位沉默寡言的人，每逢人和他搭讪，他也总是淡淡的笑笑。有一次我和他探讨起人生的意义，他的回答是：人生没有意义。我问为什么，他说，没有永恒就没有意义。
这让我想起了苏东坡在前赤壁赋里和朋友之间的问答。其实与其说是苏东坡在回答朋友的疑问，倒不如说是苏东坡在回答另一个自己。而这个话题的核心正是如何定义永恒。
人类始终有一个关于永恒的情结，总希望能够有一种永恒的存在。如果不能够永恒，那么在时间的长河里，一秒钟和100亿年本质上又有什么分别呢？如果说万物有生必有灭，那么宇宙呢？宇宙会永远存在吗？
美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫在他的小说《最后的问题》里描绘说，当人类解决了长生不老和幸福快乐等等所有的问题之后，这个时候人类还剩下最后一个问题，那就是按照热力学第二定律，宇宙中的熵增是不可逆的，万物终将归于虚无，宇宙将变成一片永远沉寂的光子的海洋，不再有任何变化，时间也失去了意义。人类为了解决这个问题，联合多国的顶级科研人员，研制了一台超级计算机“超脑”。于是人们问“超脑”：宇宙中的熵增可以被改变吗？“超脑”给出的答案始终是“数据不足，无法作答。”
最后一次，人类面临毁灭前最后一次绝望的问：“这就是结局了吗？这种混乱还能被逆转成为一个新的宇宙吗？真的做不到逆转熵增吗？”“超脑”沉默了很久很久，久到已经没有人类了，它突然自言自语地说“要有光”。
那么，什么是热力学第二定律呢？它为什么会决定宇宙的生死？
热力学第二定律又叫熵增定律，是克劳修斯提出的热力学定律，克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程，即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的，其物理表达式为：S =∫dQ/T或ds = dQ/T。简言之，在一个孤立系统里，如果没有外力做功，其总混乱度（即熵）会不断增大。就像房间如果你不努力的去维护的话，它会越来越乱，一杯热水放在桌子上，它会慢慢变冷一样。由于熵不断在增加走向它的最大值，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡。这种情景称为“热寂”，这时，宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在。宇宙就消亡了。
如果按照熵增定律和宇宙学推论，宇宙将最终变成一片永远沉寂的光子的海洋，没有任何变化，连时间也失去了意义。
也许你会说，不对啊，我们观察到的现象不仅只有熵增，也有熵减啊，比如说房间我们不打扫它会乱，但是我们打扫的话，它不就变得整洁了吗？人的生长不也是熵减的吗？
是的，有熵增当然也有熵减。可是想要熵减必须是一个开放系统，有外在的物质和能量进行交换。人的生长也是一个负熵的过程。之所以是一个负熵的过程，是因为人也是一个开放系统，人通过和系统外的物质和能量进行交换，才能够维持生存。比如人类吃各种各样的食物，来为自己维持生长，增加营养、增加能量，如果人什么东西都不吃，也不呼吸外在的空气，那就只有熵增。就像一颗种子变成大树，一定要吸收外在的空气、阳光、雨露、土壤里的养分等等，才能够茁壮成长。如果没有外在的这些物质和能量，同样也只有熵增，不会产生负熵。
有的朋友会说，耗散结构理论可以对抗熵增定律。
耗散理论的前提同样是必须是一个开放的系统，也就是说在这个开放的系统的内部和这个系统的外部的物质和能量进行交换的时候，会产生负熵流从而实现逆转。但是既然叫宇宙就包括了所有的物质和所有的能量，它的外面已经没有东西可以跟它交换了。
熵增定律的结论是：宇宙终将消亡。
很多科学家无法接受这一现实，从心理上不能够认同，于是采取种种方式想要推翻熵增定律。但现在看来这些假说无疑都是徒劳的。虽然熵增定律争议还很大，但至少目前还没有哪一个理论能够完全推翻它。人们之所以尝试着从各种角度想要推翻它，只是不希望没有永恒的结果，因为这样看起来宇宙和人生实在太无趣了。但请不要忘记英国物理学家爱丁顿曾说：“我认为，熵增原则是自然界所有定律中至高无上的。如果有人指出你的宇宙理论与麦克斯韦方程不符，那么麦克斯韦方程可能有不对；如果你的宇宙理论与观测相矛盾，嗯，观测的人有时也会把事情搞错；但是如果你的理论违背了热力学第二定律，我就敢说你没有指望了，你的理论只有垮台。”
那么，宇宙还有没有另外的可能呢？
这让我想起我在第一次听到宇宙大爆炸理论时候的反应。当时的想法是：如果宇宙是大爆炸产生的，它会越来越大，大到极致的时候，一定又会重新回归到一个极小的点。宇宙就像一个伸缩球，由一个点爆炸而产生巨大无比的大球，然后大球又坍缩回那个原点，循环往复。后来当我看到了理论物理学的一些研究成果之后，我才发现我的这些奇思妙想居然有物理学的支持。而这就是宇宙未来的第二种可能：大坍缩。
按照这一理论，宇宙在膨胀到顶点之后，就会向内坍缩，刚开始坍缩的时候人们感觉不到，但是随着时间的推移，坍缩越来越紧迫。
当宇宙坍缩到现在宇宙大小的时候，它将会以更快的速度坍缩。在大约35亿年后，宇宙的尺度将减半。100亿年后，宇宙微波背景辐射温度的上升将成为一个严重的威胁，地球将完全不适合居住。宇宙极速坍缩，每几百万年就会缩小一半。任何仍然存在的星系都将无法被识别，因为它们合而为一了。天文学家马丁·里斯对坍缩的宇宙进行了研究。通过应用一般的物理原理，他建立了宇宙最终坍缩阶段的图像。“最终，宇宙将会慢慢地变成一个无所不包的宇宙熔炉，宇宙空间充满了炽热的气体等离子体，它们一直在猛烈地燃烧，变得越来越热。宇宙的温度最终变得极高，原子核也解体了，物质被剥离成了一锅均匀的基本粒子汤。持续了数万亿年的稳定的原子核结构，此时会被彻底摧毁。随着坍缩的速度越来越快，物质被强烈地压缩，以至于单个质子和中子不复存在，只剩夸克汤。在最后的时刻，引力变成了主导力量，无情地粉碎了物质和空间。时空曲率不断增大。越来越大的空间区域被压缩到越来越小的体积之内。根据传统理论，内爆将在奇点处变得异常强大，将粉碎一切物质，包括空间和时间本身。大爆炸时从虚无中诞生的宇宙将会在大坍缩中化为虚无。”
你可能会说，那这也不是宇宙的永久灭亡吧，坍缩到一个奇点之后会再次爆炸膨胀为一个宇宙啊！是的，但是那个新生的宇宙跟你我都毫无关系了。坍缩到最后，所有的基本粒子都已不复存在，时间空间都已不复存在，新诞生的宇宙一切都是全新的，与现在毫无关系。
我的推论是双宇宙或多宇宙伸缩说。两个宇宙，一个不断膨胀，一个不断坍缩。甲宇宙从奇点膨胀成极大的过程，正是乙宇宙从极大坍缩到奇点的过程。两个宇宙相反运动，循环往复，永无止境。亦可是无穷多个宇宙在同时膨胀和坍缩。它们同在一个空间，之所以不被看到是因为遵循的物理常量不同。我们的宇宙可能是高一个能级宇宙的一粒尘埃，我们的一粒尘埃可能是低一个能级的整个宇宙，小到极处即是大，大到极处即是小，所谓的大与小，膨胀与坍缩，其实只不过是所看的角度不同罢了。
对于坍缩理论，有的专家提出了另外一个观点：当宇宙中的引力和暗能量之间的推动力达到极致，无法协调时，就会引发宇宙的大撕裂，这时候宇宙中的恒星、星系，所有的物质都会被一一撕裂成基本粒子。这就是宇宙的第三种可能：大撕裂。
然而，相对于前三种宇宙的结局，接下来的第四种宇宙结局可能更加令人担忧。这就是：真空衰变。
1980年，物理学家西德尼·科尔曼和弗兰克·德·卢西亚在《物理评论》期刊上发表了一篇题为《引力对真空衰变的影响以及真空衰变对引力的影响》的论文。宣告了真空衰变研究的开启。
我们平常所说的真空并非真的真空。里面是被短暂的量子填充的，各种虚粒子不断产生不断消失。真空是有能量态的。
就像水总是从高处流向低处一样，高能量态总是趋向于衰变为低能量态，并最终衰变到最低能量，即稳定的基态。同样，伪真空会衰变为最低能量态的真真空。这就是真空衰变。而我们的宇宙目前是伪真空。也就是说，最终我们的伪真空会衰变成真真空。而这种衰变就意味着宇宙的毁灭。科尔曼和德·卢西亚用数学方法模拟了真空的衰变，以追踪这种现象的发生方式。他们发现，衰变从空间中的一个随机位置开始，以一个真真空的小气泡的形式出现，周围是不稳定的伪真空。一旦真真空的气泡形成，它将以接近光速的速度快速膨胀，吞没越来越大的伪真空区域，并瞬间将其转化为真真空。它将横扫整个宇宙，经过时遇到的一切事物都会被瞬间摧毁。
正如英国哲学家伯特兰·罗素的那段名言：所有时代的劳动结晶，人类天才的所有奉献、所有灵感、所有光华，都注定会消亡，象征整个人类成就的神殿也将不可避免地被掩埋在宇宙的废墟下。所有这些宇宙终将毁灭的理论，即使不是完全无可争议的，也几乎是确定无疑的，所有哲学都无法否定它们的真实性。
看到这里，也许你会有些许的悲观。的确，从科学的角度来看，大部分宇宙结局的推论，都是宇宙终将毁灭。然而事实真的如此吗？我们以后会继续讨论，也许下一次你会看到一篇乐观的文章。
我想说的是，即使宇宙和万物都不能够永恒，我们仍然不会放弃意义。意义不是寻找的，而是赋予的，你赋予它什么意义，它就有什么意义。
谁能告诉我热力学定律及解释
热力学第二定律是什么
长篇大论的你也许懒得看。我来简单介绍下：
热力学第一定律：能量守恒。
即能量互相转换，总量守恒。爱因斯坦的质能方程说明，质量也能储存能量。
热力学第二定律：熵增原理。
这条定律有很多的表达，但事实上是等价的。
其中一种非常易于理解的表达就是：功可以自发转化为等额的热，而热必须要有额外的功作用才能转化为等额的功。
第三定律我也是听说的，0k的温度不可达到。如果0k可以达到，那么整个和温度有关的理论都可以推翻了。
生命就是对抗熵增
人一出生，就开始了走向死亡的过程。你在襁褓中的那一刻，也就是你走向生命终结的每时每刻。在物理学当中，我们有一个名词叫做“熵增定律”。意思就是说，不管这个世界万事万物怎么发展，最终只有一种结局，那就是灭亡。具体怎么来解释呢？就是一切事物刚开始都是有序发展，慢慢就会变成混乱和无序，最终走向崩盘消亡。于是，我们也对《三国演义》开头第一句话，“话说天下大势，合久必分，分久必合” 的道理俨然领悟了许多。“合久必分”就可以用熵增定律来解释。同样，一个人只图安逸，不思进取，那么那也会慢慢无法掌控自己的人生，所有生活的鸡零狗碎都会是一地鸡毛，自己的日子也就一塌糊涂。那么，面对这个世界的“熵增定律”，我们真的无能无力吗？不，我们是有答案的，今天我们就来谈谈，如何利用“熵减”来过好自己的一生。
人活着，就是对抗熵增。也就是说，它的反方向就是“熵减”。就是通过自己的主观力量去减少自己生活的混乱，让自己成为更好的自己。有时候，在能量一定的情况下，你不去变强，那么这个世界会对你很残忍。这个世界，有时候还是看人眼色的，更何况这个世界上的人呢？
困难有时候就想弹簧，你强它就弱，你弱它就强。但是，其实很多的时候，使我们慢慢变弱，是我们享受安逸，我们不想再坚持罢了，于是一个个放弃的身影在生活中随处可见。
如果我们一个人，不去努力，不去将自己生活的混乱加以阻止和改变，那么，我们也会逐渐变得迷茫，虚无，最终甚至是灭亡。
“熵减”也许不是对抗生命混乱的唯一方法，但是这也是最主要的手段之一。我们通过自己的努力，让自己不再那么无助，不再那么放纵，不再那么灰心失落，而是鼓起勇气，勇敢地去改变。
如果你在某一方面差劲，那就去改变。你变强了，那么困难就变弱了。其实，困难的大小始终没有变，而是你变厉害了，于是就能解决了。
死亡，是我们每一个人都无法改变的，但是怎么去死，怎么好好的活，完全由我们自己决定。你是你生命剧本的编剧，你完全可以决定你怎么去演绎自己的一生。
在“熵减”作为主旋律的前提下，我们具体需要怎么去做呢？
既然孤立的系统中，熵增不断发生，我们就要开放自己的系统。让自己一直不断地与外界保持交流互动的状态。
大家都知道，一个人过了30岁，体能就会逐渐下降，一些人个个啤酒肚，而有一些人天天跑步，于是天天不锻炼的人体质会更差，而锻炼的人虽然没有年轻时候的活力，但是相对同龄人来说，体质就更胜一筹了。
“熵减”，让大家都在面对混乱时，自己可以表现的更镇静，更优雅一些。
还有，你可以读更多的书，提高自己的认知，扩大自己的认知边界。不断与那些新思想碰撞，交新的朋友，让自己一直处于进步提升当中，让自己突破圈层的限制。
其次，要不断地反求诸己。对自己做过的事情，不断地复盘和反思，想想自己哪里不对，及时去纠正。慢慢推翻以前错误的认知，改变自己根深蒂固的不正确的价值观。
最后，可以多出去走走，不断地增长知识，拓宽自己的眼界。正如电影《天堂电影院》中讲到：
在面对生活的无序和空虚，如果你觉着你正在失去主动权，我建议你还是努力读书，增长自己的认知，通过把自己的系统变得透明和开放，你就可以不断地迎接新的挑战，成为更好的自己。
独立系统最重要弱点就它不受干扰。如果我们刻意去破坏它，让外界力量去干扰它，它的系统就会受到组织和改变。就如病毒蔓延，必须通过疫苗来阻止它。世界万事万物都在遵循一些定律，只是我们没有细细琢磨而已。
我们通过自己的努力，自己的自律，去把这种痛苦的局面扭转。如果我们不去干扰，我们的生命也将会逐渐沦落为一片凌乱。
我们要专注自己的事情，把事情的主次分清，在面对快要混乱的状态，提前去做好应对。未雨绸缪的生活，才会让我们面对困难而闲庭信步。做事情不去拖延，不要求即时反馈，就可以慢慢把自己生活的主动权牢牢攥在手上。
有时候，我感觉“熵增定律”犹如宇宙给万事万物的鞭策权，让它不断激发人们前进，不去享受安逸。享受安逸没有错，但是懒惰就是犯罪，因为你的懒惰，你反而让熵增大行其道。
熵增的存在，就是让我们穷极一生地去对抗它。让我们每个人没有理由去懒惰和失落，而是提醒我们不断持续地精进，让我们成为更好的自己。
