基本介紹
提出,解讀,終結,熱寂說與大爆炸宇宙學的爭論,
提出
毫無疑問，“熱寂說”是熱力學第二定律的提出者提出的。熱力學第二定律的提出者有兩人，一位是英國的開爾文勳爵(Lord Kelvin)（即威廉·湯姆遜，W.Thomson），另一位是德國的克勞修斯(R.Clausius)。那么，誰是“熱寂說”的提出者呢？國內學術界大多數人都認為，“熱寂說”的提出者是克勞修斯。持此說的人一般都以恩格斯《自然辯證法》中反覆提到的“克勞修斯的第二原理”的說法作為根據。另外一條根據則是，“熵”的概念是由克勞修斯提出來的，而“熱寂說”是反映宇宙中熵不斷增大的一種極限狀態，所以“熱寂說”是由克勞修斯提出的。
事實上，如果仔細考察一下有關“熱寂說”的歷史文獻，我們就會發現以上說法有誤，至少是不準確的。
1852年4月19日，開爾文在《愛丁堡皇家學會議事錄》上發表的《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》一文指出：“在現今，在物質世界中進行著使機械能散失的普遍趨勢……在將要到來的一個有限時期內，除非採取或將採取某些目前世界上已知的並正在遵循的規律所不能接受的措施，否則地球必將開始不適合人類像目前這樣居住下去”。在這篇論文中，開爾文首次指出，從卡諾定理可以得出一個明顯的結果，即當熱從熱的物體傳到比較冷的物體時，就存在著機械能不可能完全恢復的耗散現象。在自然界中普遍存在的這種不可逆轉的機械能的耗散趨向，必然造成宇宙中熱量的不斷增加。其直接後果是，地球必將“不適合人類像目前這樣居住下去”。顯然，開爾文在這裡對宇宙熱寂的思想作了充分的暗示。
十年後，即1862年，開爾文發表《關於太陽熱的可能壽命的歷史考察》一文，該文曾被收入1902年出版的《科普講演與致辭》一書。引人注目的是，在這篇文章中間，開爾文在“運動停止和整個物質宇宙的勢能竭盡”這句話旁邊加了一條附註：“見1852年4月19日愛丁堡皇家學會會議錄”上他發表的“《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》一文”。這是開爾文提出“熱寂說”的一條重要證據（當然，這一證據並不能排除開爾文與克勞修斯爭奪提出“熱寂說”優先權的可能性）。另一條重要證據則是赫爾姆霍茲(H.Helmholtz)在1854年發表的《論自然力的相互關係》一文。在該文中，赫爾姆霍茲指出，"我們必須欽佩湯姆遜的聰明才智，他在一篇長期為人熟知的文章中，唯一地說熱、物體的體積和壓力能夠識別出威脅宇宙的後果，雖然那肯定會發生在無限時間之後，會永遠死亡"。雖然目前還不能最終肯定赫爾姆霍茲所提到的原文即是《論自然界中機械能散逸的普遍趨勢》，但起碼據此可以初步判斷開爾文在1854年之前就已經提出了宇宙“熱寂”問題。
由此可以看出，開爾文即使在1852年沒有明確提出“熱寂說”，至少也是提出了“熱寂”思想的。
但是，開爾文傳記的作者舍林(H.Sharlin)則認為，開爾文提出“熱寂說”的時間應從1862年算起，因為他是在《關於太陽熱的可能壽命的歷史考察》這篇論文中才提出了“一個不可避免的宇宙靜止和死亡狀態”。開爾文原文如下：“熱力學第二個偉大定律孕含著自然的某種不可逆作用原理，這個原理表明雖然機械能不可滅，卻會有一種普遍的耗散趨向，這種耗散在物質的宇宙中會造成熱量逐漸增加和擴散，以及勢的枯竭。如果宇宙有限並服從現有的定律，那么結果將不可避免地出現宇宙靜止和死亡狀態。但是，對宇宙中的物質廣延構想一個界限是不可能的……”在這裡，開爾文十分明確地提出了宇宙“熱寂說”。但必須注意的是，從這段話可以清楚地看出，開爾文提出“熱寂說”時是十分謹慎的，他做了一個基本假設——宇宙是有限的，在這個有限的系統里，熱力學第二定律是正確的，宇宙才會不可避免地出現熱寂狀態。但是他又認為，把物質廣延的宇宙看成是一個有限的體系是不可能的。因此，在開爾文的心中，他實際上並不能肯定熱力學第二定律是否可以推廣到他並不真正了解的整個宇宙，並由此得出宇宙“熱寂說”的推論。
從文獻上看，第二個提出“熱寂說”的人才是克勞修斯。他於1865年4月24日在蘇黎世自然科學家聯合會上作了一篇題為《關於熱動力理論主要方程各種套用的方便形式》的演講，該文同年發表於德國《物理和化學年鑑》。克勞修斯在這篇文章中第一次引進了“熵”的概念，證明了熵在絕熱過程中的增加，並將熱力學定律表述為“宇宙的能量保持不變，宇宙的熵趨於極大值”這樣兩個宇宙的基本定律。他指出，當宇宙中的一切狀態改變都向著一個方向時，全宇宙必然要不斷地趨近於一個極限狀態。實際上，這裡所說的“極限”狀態就是指“宇宙熱寂狀態”。
克勞修斯正式提出“熱寂說”則是在1867年9月23日。實際上，克勞修斯在追述自己的思想時曾指出，他早在19世紀50年代初就已經有“能量退降”、“宇宙熱寂”的思想了，只是他考慮到這個結論與當時很流行的關於熱的觀點有很大偏離而沒有拿出來。
從以上可以看出，“熱寂說”的思想產生於19世紀50年代初，幾乎是伴隨熱力學第二定律的產生而產生的，開爾文和克勞修斯都進行過相關思考。然而最先提出"熱寂說"的應該是開爾文而非克勞修斯。這一點，其實克勞修斯本人也是這么看的，他在1865年作的《關於熱動力理論主要方程各種套用的方便形式》的演講中就曾明確指出，“這個定律在宇宙中的套用，已得出一個結論，那是W.湯姆遜首先得出的，因此我才發表我所說的論文”。
值得注意的是，開爾文和克勞修斯提出“熱寂說”時是有所不同的，前者明確認為把熱力學第二定律推廣到宇宙是有條件限制的，也就是假設宇宙是一個“有限”的體系；後者並沒有做這樣一種限定，而是毫無條件地推廣到了整個宇宙。在對“熱寂說”的提出者進行客觀評價時，這種區別是要特別認真對待的。不過，閻康年認為，克勞修斯把熵增原理推廣到整個宇宙是出於數學上的考慮--他曾在1865年的《關於熱動力理論主要方程各種套用的方便形式》論文中提到過這一點，只不過是在1867年的那篇著名演講中“有意或無意地忽視或迴避了在兩年前提出的前提條件”。由於這一問題超出了本文討論的範圍，在此不做贅述。
實際上，由於當時科學發展水平的限制，“熱寂說”問題既無法用新的理論做出合理的解釋，也無法用觀測和驗證做出做後判決，無論開爾文還是克勞修斯，也無論他們是否加上限定條件，都不能從科學上最終解決這個問題，這無疑就為後來的科學界與哲學界留下了一場曠日持久的爭論。
解讀
“熱寂說”一經提出，即在科學界引起了軒然大波。
首先對“熱寂說”提出詰難的是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell )。1871年，他在《熱理論》一書的末章《熱力學第二定律的限制》中，設計了一個假想的存在物——“麥克斯韋妖”。麥克斯韋妖有極高的智慧型，可以追蹤每個分子的行蹤，並能辨別出它們各自的速度。這個設計方案如下：“我們知道，在一個溫度均勻的充滿空氣的容器里的分子，其運動速度決不均勻，然而任意選取的任何大量分子的平均速度幾乎是完全均勻的。現在讓我們假定把這樣一個容器分為兩部分，A和B，在分界上有一個小孔，在構想一個能見到單個分子的存在物，打開或關閉那個小孔，使得只有快分子從A跑向B，而慢分子從B跑向A。這樣，它就在不消耗功的情況下，B的溫度提高，A的溫度降低，而與熱力學第二定律發生了矛盾"。麥克斯韋認為，只有當我們能夠處理的只是大塊的物體而無法看出或處理藉以構成物體分離的分子時，熱力學第二定律才是正確的，並由此提出應當對熱力學第二定律的套用範圍加以限制。
儘管麥克斯韋既沒有實現也沒有提出任何實際的實驗來檢驗他的假說，但這個“熱力學第二定律的破壞者”卻困擾了科學界一百多年，成為科學家詰難熱力學第二定律並進而反對“熱寂說”的著名假想實驗。與麥克斯韋佯謬有關的還有後來洛歇密(Loschmid)提出的“可逆佯謬”和賽密羅(E.Zermelo)提出的“再出現佯謬”等都對單向不可逆性和熱力學第二定律提出了挑戰，實際上也是對“熱寂說”提出了挑戰。
在“熱寂說”提出後的數十年中，對其構成最大挑戰的科學假說是波爾茲曼(L.Boltzmann)的“漲落說”。波爾茲曼在對氣體分子運動的研究中，最先對熵增加進行了統計解釋。按照這種解釋，熱平衡態附近總存在著偶然的“漲落”現象，這種漲落現象並不遵從熱力學第二定律。由此，波爾茲曼將氣體分子運動論的觀點推廣到宇宙中，認為整個宇宙可以看成類似在氣體狀態的分子集團，圍繞著整個宇宙的平衡狀態則存在著巨大的“漲落”。即使在與整個廣延的宇宙相比極其渺小的恆星系和銀河系中，在短時期內也存在著這種相對的熱平衡附近的“漲落”。按照這種假說，宇宙就必然會由平衡態返回到不平衡態。在這個區域，熵不但沒有增加，而且是在減少。因此，宇宙也就不可能產生“熱寂”。
波爾茲曼的“漲落說”曾廣泛流傳，許多人都把它作為反對“熱寂說”的新發現。但天文學觀測表明，至今沒有任何有說服力的證據證明現在的宇宙是處在熱平衡態並存在著上下“漲落”。由於缺乏事實依據，“漲落說”並沒有真正從科學上解決宇宙“熱寂”的問題。而且從邏輯上看，波爾茲曼的“漲落說”實際上是把宇宙“熱寂”已經放在他的前提中了。因為他首先承認“漲落”是在平衡態附近發生的。而對於任何“漲落”，不論它有多大，最後必然會消失，重新回到平衡狀態。儘管後來一些物理學家，如萊辛巴赫(H.Reihenbach)等發展了玻爾茲曼的思想，把時間增加的方向作為熵增加的方向，並進一步指出了宇宙中存在著熵的漲落現象，但由於同樣缺乏觀測證據支持而最終放棄。
20世紀60年代以來，以伊利亞·普里高津(Ilya Prigogine)為首的布魯塞爾學派在研究非平衡態熱力學和統計物理學的過程中，找到了開放系統由無序狀態轉變為有序狀態的途徑，提出了耗散結構理論。這一理論曾被一些人用來反對“熱寂說”。
所謂“耗散結構”是指一種遠離平衡態的有序結構。根據熱力學第二定律，系統處在熱平衡態就是有最大的混亂度，此時熵值達到最高，系統即出現所謂“熱寂”。而有序結構的出現即意味著熵的降低，系統便可“起死回生”。這顯然與熱力學第二定律相悖。如生命的發生和物種的進化等，都是從低級到高級、從無序到有序的變化，是一個熵不斷降低的過程。耗散結構理論解決了這個問題。它認為關鍵在於系統必須是開放的，而且系統內有序結構的產生要靠外界不斷供給能量和物質以及負熵流。
耗散結構理論提出不久，一些人即將其推廣到整個宇宙，認為宇宙是一個無限發展的開放系統，它遠離平衡態。由於它不斷吸取負熵流，因而在宇宙的一些區域內，熵不但沒有增加反而有減少的趨勢。因此宇宙不可能變成完全無序的“熱寂”狀態。《紐約時報》曾於1980年發表特稿，宣稱普里高津的耗散結構理論幫助人類解決了一項科學上最擾人的似是而非的問題。
然而，儘管這種理論具有很廣的套用範圍，但對於整個宇宙來說，由於缺乏明確的物理圖像和實驗基礎而不被天體物理學界所認可。
一百多年來，許多傑出的科學家都為解決宇宙“熱寂”這一世界性疑案嘔心瀝血，提出了各種宇宙模型和假說，其中有一些是沒有“熱寂”的模型，如托爾曼(P.Tolman)的相對論熱力學中就已經沒有了“熱寂”，但由於這些假說或模型存在著理論上不可克服的困難和缺乏宇宙觀測事實的支持，最終都沒有對“熱寂說”構成威脅。這種情況一直延續到20世紀六、七十年代以後曾經沉寂的大爆炸宇宙論再度興起。
由於“熱寂說”涉及到宇宙未來和人類命運等重大問題，因而也引起了哲學尤其是馬克思主義哲學的深刻關注。一百多年來，弗里德里希·恩格斯對“熱寂說”的批判產生了深遠的影響。在解釋恩格斯反對熱力學第二定律和“熱寂說”的原因時，法國生物學家、哲學家莫諾(J.Monod)曾經指出，“恩格斯因為看到熱力學第二定律將危及人類以及人類的思維活動是宇宙演化的必然產物這一帶有必然性的規律，所以他感到非反對它和否定它不可。在《自然辯證法》的導言中，他就是這么說的；而且他還直接從這個命題轉到了熱情洋溢的宇宙論預言，預示著如果不是現在的人類，無論如何也有思維能力的精神將永恆地反覆地再現”。
實際上，“熱寂說”剛剛提出，恩格斯就在1869年3月21日致卡爾·馬克思的信中指出，“這種理論認為，世界愈來愈冷卻，宇宙中的溫度愈來愈平均化，因此，最後將出現一個一切生命都不能生存的時刻，整個世界將由一個圍著一個轉的冰凍的球體所組成。我現在預料神父們將抓住這種理論，把它當作唯物主義的最新成就”，用來作為“必須構想有上帝存在”的論證，而這種論證實質上是與辯證唯物論背道而馳的。1873年，恩格斯開始寫作《自然辯證法》，在為該書準備資料的過程中，寫下了許多批判“熱寂說”的札記。由於一些原因，這些言論和札記當時並沒有公開發表。50多年後，才隨著《自然辯證法》的出版而為人所知。
恩格斯指出，“熱寂說”由於斷言宇宙中的一切運動都將最後轉化為熱，因而違反了辯證唯物主義的基本原理——運動不滅原理（它所對應的科學定律是能量守恆和轉化定律，即熱力學第一定律），“克勞修斯的第二原理等等，無論以什麼形式提出來，都不外乎是說：能消失了，如果不是在量上，那也是在質上消失了。熵不可能用自然的方法消滅，但可以創造出來。宇宙鐘必須上緊發條，然後才走動起來，一直達到平衡狀態，而要使它從平衡狀態再走動起來，那只有奇蹟才行。上緊發條時所耗費的能消失了，至少是在質上消失了，而且只有靠外來的推動才能恢復”。在這個分析的基礎上，恩格斯聯繫科學史指出，“作為冷卻的起點的最初的熾熱狀態自然就絕對無法解釋，甚至無法理解，因此，就必須構想有上帝存在了。牛頓的第一推動就變成了第一熾熱”。恩格斯認為，這是歷史的又一次重演，克勞修斯就這樣像牛頓一樣從形上學滑向了唯心主義。
恩格斯以唯物辯證法的觀點進一步指出，運動不滅的原理應該從量的不滅和質的不滅兩方面來理解，只有這樣運動才永遠不會喪失其轉變為它自身所能達到的各種不同運動形式的能力。因此，“現代自然科學必須從哲學那裡採納運動不滅的原理；它沒有這個原理就不能繼續存在”。
恩格斯的這些論斷實際上是辯證唯物主義思想在自然科學領域的直接套用，然而卻引來了不少反對。最著名的莫過於莫諾的責難。他將唯物辯證法斥之為“萬物有靈論的構想”的“翻版”，並說，“這種解釋同科學不僅是風馬牛不相及，而且是根本不相容的。儘管如此，那些用了連篇廢話大講其‘空頭理論’的辯證唯物主義者，還是經常企圖用他們的想法來指導實驗科學的發展。恩格斯本人雖然很熟悉他那個時代的科學，卻以辯證法的名義拒絕了當時的兩大發現：熱力學第二定律和自然選擇學說（儘管他很欽佩達爾文）”。
然而，恩格斯事實上看到宇宙“熱寂說”疑難的極其複雜性，認為僅僅依靠運動的數量是無限的（即不可窮盡的）這樣一個一般的哲學命題，對解決這個問題是沒有什麼幫助的。因而，“只有指出了輻射到宇宙空間的熱怎樣變得可以重新利用，才能最終解決這個問題”，並由此提出了如下的假說，“放射到太空中去的熱一定有可能通過某種途徑（指明這一途徑，將是以後自然科學的課題）轉變為另一種運動形式，在這種運動形式中，它能夠重新集結和活動起來。因此，阻礙已死的太陽重新轉化為熾熱的星雲的主要困難便消失承。”
顯然，恩格斯在這裡明確指出了應該用哲學上的運動不滅原理和未來自然科學的發展來解決散失到太空中的熱變成了什麼這個問題，強調了哲學與科學的結合，既肯定了哲學的指導作用，又否定了哲學的代替作用。
也有觀點認為，用運動不滅原理來拯救宇宙“熱寂”在哲學上是“錯誤的”。錯誤的關鍵是混淆了運動和發展兩個概念。運動有兩種形式，一種是發展的運動，另一種是非發展的運動。發展的運動是非循環的和不可逆的，如生物的進化；非發展的運動則是循環的和可逆的，如鐘擺的震盪。運動不滅原理只能保證宇宙將不停地運動，並不能保證這種運動是發展的。而“熱寂”則是一種有運動而無發展的狀態，它與運動不滅原理並不矛盾。所以，用運動不滅原理並不能推翻“熱寂說”。“在?>熱力學中，運動和發展二者的性質分別由熱力學第一定律及第二定律所規定。熱力學第一定律就是運動不滅原理。熱力學第二定律則是關於發展方向的規律。利用第一定律並不能排除第二定律的熱死結論。”
那么，是否就此認為應對恩格斯關於“熱寂說”的論述進行重新評價呢？這一問題超出了本文討論的範圍，筆者將另外著文進行闡述。
繼恩格斯後，彭加勒（J.Poincaré）從科學方法論的角度對“熱寂說”提出了尖銳的批評。1890年，彭加勒在《力學原理》一書中指出，任何力學模型只能局限在有限的系統內運動。在這個封閉的系統中，運動從有序開始，經過無序狀態，最後必然再回到有序狀態即初始狀態。因此，與系統組態相聯繫的既定熵值，為了能回到初始狀態就必然要減少。彭加勒認為，“熱寂說”的出現是由於它的提出者們採用了當時流行的力學模型法造成的。因此，應在方法論上進行變革，要么承認熱力學過程能回到初始狀態，要么將熱力學模型根本拋棄。
在批評“熱寂說”的各種觀點中，有兩種觀點影響最大，也最普遍。一種觀點認為，熱力學第二定律是從有限世界得來的，因而不能套用到無限的宇宙上。如丹皮爾(W.Dampier)在其《科學史及其與哲學和宗教的關係》一書中就認為，“把熱力學原理套用於宇宙理論，其有效性是可疑的。把從這樣有限的例證中推出來的結果，套用到宇宙上去，是沒有道理的，即令過去利用這些結果去預言有限的獨立的或等溫體系的情況很有成效”。
另一種觀點則直接否認宇宙是一個“孤立系”。實際上，這兩種觀點本身是相互關聯的，都預先設定了宇宙是一個“無限的”“非孤立系”的前提。並且一再企圖證明，宇宙是漫無邊際的物質，各個部分都是相互聯繫的，宇宙之外還有宇宙，因而不存在孤立部分。何祚庥認為，這些論證都不能證明人們永遠不能把無限宇宙當作一個統一整體來把握。
況且，今天的科學還不能證明宇宙是否無限。因此，這種說法並不能駁倒“熱寂說”。另一方面，認為從孤立系中得出的第二定律不能推廣到無限宇宙去的論證，從邏輯上看也是不嚴密的。小範圍內的自然規律外推到大範圍在邏輯上並不必然錯誤，科學史上就有大量這樣外推的先例，如絕對零度概念、熱力學第一定律以及模型方法等。既然能把熱力學第一定律作為證明辯證唯物主義關於世界普遍聯繫的根本規律推廣到整個宇宙，那么又為什麼不能將第二定律作同樣的推廣呢？事實上，熱力學第一定律也沒有在無限的條件下做過實驗。必須承認，任何實踐活動都是在有限的範圍內取得的，把由此得出的結論外推不但是經常的，而且是必需的，甚至在處理複雜對象時是最有效的方法。因此，這種說法從邏輯上看也是不能駁倒“熱寂說”的。也有人認為，外推第二定律之所以受到如此之多的責難，首先是因為人們認為它否定了馬克思主義關於發展的辯證法，其次是因為它本身“不合希望”性，是一條帶有悲觀色彩的定律，人們主觀上希望它最好受到某種“制約”。這種說法有點類似於莫諾的觀點。
此外，中國和蘇聯也對“熱寂說”進行過大規模的批判。由於這些爭論基本上都是意識形態之爭，而且這正是筆者另外一篇文章要討論的問題，故本文不做進一步論述。
“熱寂說”提出一百多年來，無論是在科學上還是在哲學上，各種爭論此起彼伏，無休無止。有許多贊同者，也有許多反對者。他們都在孜孜不倦地尋求著這一疑難的最後答案卻沒有結果。哲學家伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素(Bertrand Arthur William Russell)發出這樣悲觀的感嘆，“一切時代的結晶，一切信仰，一切靈感，一切人類天才的光華，都注定要隨太陽系的崩潰而毀滅。人類全部成就的神殿將不可避免地會被埋葬在崩潰宇宙的廢墟之中--所有這一切，幾乎如此之肯定，任何否定它們的哲學都毫無成功的希望。唯有相信這些事實真相，唯有在絕望面前不屈不撓，才能夠安全地築起靈魂的未來寄託”。即使是像控制論之父維納(N.Wiener)這樣的科學巨匠，最終也“控制”不住自己沮喪的感情，幾乎是在絕望中悲嘆，“我們遲早會死去，很有可能，當世界走向統一的龐大的熱平衡狀態，那裡不再發生任何真正新的東西時，我們周圍的宇宙將由於熱寂而死去，什麼也沒有留下……”
那么，答案在哪裡呢？科學解和哲學解，誰更真實、誰更符合人類的願望呢？事實上，一個多世紀以來，各種哲學派別無休無止的爭論亦無助於這一問題的最終解決。然而，科學仍然堅持走自己的道路。儘管人們承認哲學能給人以啟發和提供思考的方向，但宇宙的未來只能依賴於科學自身的發展，任何超科學的回答都會把問題引向認識論的誤區和歧途。俄國物理學家諾維科夫(I.Novikov)說了一句意味深長的話，“今天這樣的爭論已成為過去，是科學來確定世界真正結構的時候了”。
終結
長期以來，對“熱寂說”疑難的回答，無論從科學上看還是從哲學上看似乎都未能切中要害，缺乏說服力，因而一再爆發爭論。然而20世紀六、七十年代以後，自從“大爆炸”宇宙模型逐漸得到天體物理學界公認以來，對“熱寂說”疑難的討論發生了根本性的轉向，這一時期成了“熱寂說”爭論史上一個劃時代的轉折點。
支持大爆炸宇宙論的第二個證據是宇宙中氦元素豐度的預言和測定。大爆炸發生一秒鐘以後，宇宙是由極高溫的基本粒子組成的“羹湯”，這時整個宇宙處於均勻的熱平衡態。隨著宇宙的膨脹和降溫，其中的一些粒子逐次與其餘部分粒子脫耦。此時產生的核反應使中子和質子聚合在一起，形成氦核，餘下的核子（沒有聚合的質子）自然就形成了氫核。精確的理論計算表明，當時應有23.6%的物質質量聚合成了氦核。英國皇家格林尼治天文台對眾多星系中原始星雲的發射光譜進行觀測的結果表明，宇宙中氦的實際豐度為23.5%。這一結果與大爆炸的理論預言極為相符。
支持大爆炸理論的第三個證據是3K微波背景輻射的發現。大爆炸理論預言，現在的宇宙中應該存在著一種來自宇宙早期的均勻的、各向同性的微波背景輻射，它是宇宙早期的遺蹟，頻譜應該符合普朗克黑體輻射公式，溫度約為3K。這一預言在1965年被射電文學家彭齊亞斯(A.Penzias)和威爾遜(R.Wilson)在宇宙觀測中證實，此後亦為眾多科學家進一步證實。這一結果表明，宇宙早期曾一度處於平衡態，處處都有相同的溫度，而且物質分布也是相當均勻的。大爆炸之後，宇宙才逐漸偏離熱平衡態。
早在大爆炸宇宙理論為科學界公認之前，一些學者即正確地指明了解決宇宙"熱寂"疑難的方向，關鍵在於應從宇宙中是否存在熱平衡態這一根本性問題著手。現在，大爆炸理論直接證明了宇宙在膨脹，而宇宙在膨脹則是熱力學和宇宙學相容的關鍵，那么在一個膨脹的宇宙中是否存在著熱平衡態呢？
假定有兩類物質，一類是輻射，另一類是粒子，輻射溫度Tr與粒子溫度Tm不一樣。那么，按照經典熱力學，經過一段時間以後，Tr與Tm必定相同。這是在靜態空間中做出的結論。然而，假如上述空間是膨脹的，結論就完全不同了。由於在膨脹過程中，不同物質的溫度降低的程度不一樣，輻射溫度降低較慢，粒子溫度降低較快，就會造成Tr大於Tm而產生溫差。這與經典熱力學的結論正好相反。雖然這個溫差會由於輻射與粒子之間的碰撞而消失，以至達到熱平衡，但是由於達到平衡所需的時間比宇宙膨脹所需的時間要長，因而輻射和粒子之間就永遠不可能達到熱平衡。此時系統的熵儘管不斷增加（這與熱力學第二定律相符），但它離平衡態卻越來越遠。而宇宙中發生的正是這種變化。
另一方面，宇宙膨脹的原因是由於引力的作用。有引力作用的熱力學與無引力作用的熱力學得出的結論完全不同。在不考慮引力的經典熱力學中，加熱則體系升溫，冷卻則體系降溫，熱容量是正值。而在一個自引力體系中情況剛好相反，加熱則體系變冷，放熱則體系升溫，熱容量是負值。而負熱容物體的存在對於熱力學來說具有根本性的影響。在一個體系中，如果同時存在著正熱容物體和負熱容物體，那么這個體系就具有極大的不穩定性。稍有擾動，平衡就會徹底遭到破壞而產生溫差。只要有自引力體系存在，原則上就不存在穩定的熱平衡，而宇宙間的天體或天體系統大多數正是這種自引力系統。儘管自引力系統中熵是增加的，但由於沒有熱平衡，因而熵的增加是無止境的，永遠都沒有極大值。[21]因此，“熱平衡的存在對整個熱力學是至關重要的，熱平衡是熱力學的出發點。而對於引力起決定作用的體系，實際上不存在熱力學意義上的熱平衡態，而是不穩定的狀態”。([15],p.92)這種現象在靜態宇宙模型中是不可能發生的，也是開爾文和克勞修斯等人沒有料想到的。
於是，人類終於從百年夢魘中醒來，爆發出熱情的歡呼，“宇宙不但不會死，反而會從早期的熱寂狀態（熱平衡態）下生機勃勃地復甦”，“熱寂說的一頁，已被翻過去了”！
然而，人類的歡呼似乎來得早了一點。儘管熱力學意義上的宇宙“熱寂”狀態永遠不會到來，但宇宙的命運卻不會因此而變得更加令人樂觀。宇宙的結局完全取決於它的初始條件，宇宙的創生與終結始終緊密相連。大爆炸理論發現了宇宙起源的真相，同時也預言了它遙遠的未來。
在大爆炸理論中有一個極其重要的參量Ω=ρ[,0]/ρ[,c]，其中ρ[,c]是與哈勃常數密切相關的一種宇宙臨界密度，ρ[,0]是現在的宇宙密度。若ρ[,0]<ρ[,c]，即Ω<1，表明宇宙是膨脹的，並且一直膨脹下去；若ρ[,0]>ρ[,c]，即Ω>1，表示宇宙起初膨脹，到達一定時刻後，就將轉化為收縮。若ρ[,0]=ρ[,c]，則宇宙處於兩者之間的臨界狀態。由於大多數人承認的觀測結果是Ω<1，因此宇宙一直永遠膨脹下去成為最可能的一種狀態。假使如此，未來所有恆星上的熱核反應都將逐漸停止，留下的將是各種各樣的宇宙“熔渣”——黑矮星、中子星和黑洞，而宇宙的背景輻射溫度將不斷下降，以至於無限地趨近於絕對零度，最終達到另一種意義上的“冷寂”。宇宙另一種可能的狀態是，當膨脹達到最高點，背景輻射的溫度降到最低，此時宇宙開始收縮，溫度又重新上升。當宇宙不斷收縮至愈來愈接近它的最後階段時，環境條件同大爆炸後不久起支配作用的那些條件越來越相似，宇宙又重新回到處於“熱寂”狀態的基本粒子“羹湯”狀態。這實際上是一個反演過程。在宇宙暴縮的最後時刻，引力成為占絕對優勢的作用，所有的物質都將因擠壓而不復存在，包括時空本身在內的一切有形的東西統統將被消滅，只剩下一個時空奇點。無論宇宙最後出現哪一種狀態，其結果對人類來說都將是滅頂之災。
這就是大爆炸理論為人類預言的宇宙未來和世界末日。由於這一理論也不合人們的期望，因而當它提出之日起同樣也遭到了來自各方面的反對，並認為它是一個“倒了頭”的宇宙“熱寂說”。然而，自然規律畢竟不以人的意志為轉移，人類必須正確對待，最好的心態是，“我們決不能忽視物之有生亦必有死的事實，死亡或許正是為創生不得不付出的代價”。
當然，還存在著一些其他並非毫無科學根據的宇宙模型，也許會帶給人類新的光明和希望。人類不應該氣餒。“我們的後代也許還有數十億年甚至數萬億年的時間來對付這場最後的大屠殺。在這段時間裡，生命能夠擴展到整個宇宙……並對它加以控制，因此他們可以調整自己的位置，支配一切可能的資源來對抗這場大危機”。
熱寂說與大爆炸宇宙學的爭論
焦點：熵增原理的適用範圍
任何物理定律都僅在滿足一定條件才能成立。如牛頓力學僅在巨觀、低速、弱引力場(平直空間)、可積系統條件下成立。超出這個範圍將被量子力學、相對論、混沌學所取代。
熵增原理顯然也有自己的適用範圍。
從產生過程來看，熵增原理是在對熱機效率的研究和實驗事實的基礎上得出的，但隨著人們對客觀世界認識的深化，熵增原理的適用範圍也會隨著逐漸拓寬。然而，這種拓寬不是隨心所欲的，必須用足夠的事實和理論根據加以支持，否則便會失之毫釐，謬以千里。下面就對熵增原理的適用範圍做出總結。
1. 必須是孤立系統
熵增原理涉及溫度、熵等物理概念。而溫度是大量微觀粒子熱運動的整體表現，與這些粒子運動的平均動能有關，具有統計意義。顯然，統計規律只能在大量粒子組成的系統中發揮作用，因此，熱力學第二定律不適用於由少數原子或分子組成的系統。
計算表明：通常的熱力學系統中，分子無規則熱運動的動能遠大於引力勢能，這正是一切自發熱過程系統的熵總是增大的原因。而當系統內粒子(或物體) 間相互作用勢能大於粒子無規則運動動能(如原子核內)時，熵增原理就不成立了。
熵增原理(熱力學第二定律) 的嚴格表述應該是:"當熱力學系統從一個平衡態經過絕熱過程到另一平衡態，它的熵永不減少。"如果不追求嚴格性，熵增原理也只能在近平衡態有效。
通過上面的總結可以發現，從熵增原理到"熱寂說"的推理存在許多不嚴格的地方，正是由於這些不嚴格致使我們無法明確地判斷"熱寂說"是否成立。也就是說，雖然不能推翻“熱寂說”，但其自身的推理也不足以令人信服。
