通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)，伽利略開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)研究的先河，從此物理學(xué)走上了快速發(fā)展的道路。此后，牛頓發(fā)揚(yáng)光大，建立了牛頓力學(xué)，成為經(jīng)典物理學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者，他也被冠以人類(lèi)史上最偉大的物理學(xué)家。

在牛頓之后，又有麥克斯韋、普朗克、愛(ài)因斯坦、玻爾、狄拉克、費(fèi)曼、薛定諤等一眾物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了一系列新的物理學(xué)定律，極大改變了人類(lèi)對(duì)于世界的認(rèn)識(shí)。不僅如此，人類(lèi)利用物理學(xué)定律發(fā)展出了現(xiàn)代科技文明，徹底革新了人類(lèi)的生活。

然而，物理學(xué)定律在造福人類(lèi)的同時(shí)，有一條物理定律卻給人類(lèi)帶了絕望，以致于有的物理學(xué)家發(fā)出感嘆，寧愿不要發(fā)現(xiàn)它。這條定律預(yù)示著宇宙必然會(huì)走向不可逆轉(zhuǎn)的毀滅，它就是熵增定律。那么，熵增定律是怎么來(lái)的呢？

這還要從熱力學(xué)的發(fā)展說(shuō)起。大量的實(shí)驗(yàn)表明，能量是守恒的，它們不會(huì)憑空出現(xiàn)和消失，只會(huì)在不同形式之間轉(zhuǎn)換，這就是能量守恒定律，也稱(chēng)熱力學(xué)第一定律。這一定律的誕生，讓不消耗能量卻能做功的永動(dòng)機(jī)化為泡影。

此后，又有人設(shè)想建造另一種永動(dòng)機(jī)，這種機(jī)器可以從自然界中吸收熱量，然后以此來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功，這并不違背能量守恒定律。然而，無(wú)論怎么嘗試，這類(lèi)永動(dòng)機(jī)也是沒(méi)有造出來(lái)，原因在于還有未知的熱力學(xué)定律在起作用。

1824年，物理學(xué)家卡諾在研究熱機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱量并不能被百分百轉(zhuǎn)換為能量，其熱效率正相關(guān)于高溫和低溫?zé)嵩吹臏夭?。為了定量描述熱機(jī)的能量耗散，克勞修斯在1865年引入了一個(gè)常數(shù)——熵。

熵可以表征無(wú)用能量的多少，無(wú)用能量越多，熵越大；有用能量越多，熵越小。熱機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生無(wú)用的熱量，例如，機(jī)械結(jié)構(gòu)之間相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，這些熱量不能用于做功，系統(tǒng)的熵會(huì)變得越來(lái)越大。

由此可見(jiàn)，能量的轉(zhuǎn)化和傳遞是有方向性的，低溫?zé)嵩吹臒崃坎粫?huì)自發(fā)地傳遞給高溫?zé)嵩矗瑹崃坎荒茏园l(fā)并且全部轉(zhuǎn)化為功。因此，熵的值只會(huì)變得越來(lái)越大，并且是不可逆轉(zhuǎn)的，這就是熵增定律，亦稱(chēng)熱力學(xué)第二定律，它表明第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)也是不可能實(shí)現(xiàn)的。

1877年，物理學(xué)家玻爾茲曼進(jìn)一步擴(kuò)展了熵的概念。他發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的熵與其微觀狀態(tài)數(shù)量有關(guān)。倘若系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)量越多，意味著系統(tǒng)越混亂，表明熵值越大。一個(gè)系統(tǒng)的有序度只會(huì)自發(fā)地變得越來(lái)越低，熵會(huì)逐漸增加。

那么，為什么熵增定律十分特殊？為什么它可以預(yù)示宇宙的最終結(jié)局呢？

對(duì)于其他物理定律，它們都是關(guān)于時(shí)間對(duì)稱(chēng)的，無(wú)論是時(shí)間正向還是逆向流逝，都沒(méi)有任何區(qū)別，例如，一顆小球從空中自由落體到達(dá)地面，如果從地面以小球的落地末速度，把小球豎直向上扔出，該小球又會(huì)到達(dá)原有的高度。

然而，熵增定律卻非常特殊，熵只能增大，水和乙醇混合后不會(huì)自發(fā)分離，玻璃打碎后也無(wú)法自動(dòng)復(fù)原。熵增定律表明，時(shí)間的流逝方向是單一的，只能向前流逝，這是牛頓和愛(ài)因斯坦的物理學(xué)所無(wú)法解釋的。不僅如此，這條定律還設(shè)定好了宇宙的結(jié)局。

宇宙誕生于138億年前的低熵狀態(tài)，隨著宇宙的演化，無(wú)序度越來(lái)越高，有用能量被逐漸消耗掉，宇宙的熵在不斷增大。雖然宇宙中形成了很多有序結(jié)構(gòu)和低熵體，例如，恒星、星系和包括人類(lèi)在內(nèi)的地球生命，但這些都需要消耗宇宙的有用能來(lái)維持低熵狀態(tài)，所以總體上還是會(huì)導(dǎo)致整個(gè)宇宙的熵變大。

因此，宇宙之形成以來(lái)，就注定朝著熵最大的方向在演化。最終，行星會(huì)脫離原有的軌道并解體，原子四分五裂，質(zhì)子發(fā)生衰變，黑洞蒸發(fā)殆盡，只留下光子以及輕子。

宇宙遲早會(huì)迎來(lái)無(wú)序度最高、有用能耗盡的最大熵狀態(tài)，這就是熱寂的結(jié)局，預(yù)計(jì)時(shí)間是在10^1000年以后。當(dāng)然，這個(gè)時(shí)間對(duì)于渺小的人類(lèi)而言非常漫長(zhǎng)，我們還有足夠的時(shí)間來(lái)保持低熵的狀態(tài)。