从化学反应进行的方向看宇宙的演化

《化学反应原理》选修4第二章第四节是“化学反应进行的方向”，在教学快结束时，我引导学生对现在我们的时间和空间作向前和向后的思考，得出了宇宙大爆炸理论，增强了知识的运用，对宇宙的演化及自然规律有了更清晰的认识，对培养学生树立正确的人生观世界观发挥了积极的意义。

化学反应进行的方向主要探讨了自发反应进行方向所遵循的两个规律：

（一）焓减规律

H=H生成物-H反应物E生成物，多余的能量一般以热量的形式释放出来，也就是说化学反应更容易向着能量降低的方向进行，遵循能量最低原理；

（二）熵增规律

从有序到无序，即物质或化学反应向着混乱度增加的方向进行，这样物质由固态演变为液态气态，从趋势上看成为必然。

按照这两个原理，我们今天的宇宙，它的过去应该是能量温度极高，有极度规律的初始状态--能量质点。这样，宇宙大爆炸从大约距今137亿年前某一时刻就爆发了，之后的1秒钟，温度降低到约100亿度，这大约是太阳中心温度的1千倍，亦即氢弹爆炸达到的温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子（极轻的粒子，它只受弱力和引力的作用）和它们的反粒子，还有一些质子和中子。随着宇宙的膨胀，温度继续降低，电子／反电子对在碰撞中的产生率就落到它们湮灭率之下。于是只剩下很少的电子，而湮灭的结果是产生了更多的光子。中微子和反中微子并没有互相湮灭掉，因为这些粒子和它们自己以及其他粒子的作用非常微弱。在大爆炸后的大约100秒，温度降到了10亿度，也即最热的恒星内部的温度。在此温度下，质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引，开始结合产生氘的原子核（氘核包含一个质子和一个中子）。氘核和更多的质子中子结合形成氦核（它包含二个质子和二个中子），还产生了少量的锂和铍。可以计算出，在热大爆炸模型中大约四分之一的质子和中子转变了氦核，还有少量的重氢和其他元素。所余下的中子会衰变成质子，这正是通常氢原子的核。在大爆炸约两个小时诞生的大量的H,He,以及极少量的Li，发生着原子核的融合反应，经过或长或短的逐步发展，分批的合成着其他元素，再逐步演化成今天的星球，宇宙。

那么宇宙的未来怎样呢？

按照物质遵循能量最低原理进行演化，原子的能量降低，其中的高速运动电子，速率将逐步降低，并最终落到原子核上，刚好又中和原子核内的质子所带电量，这样原子就演变成了一个有多中子构成的中子团，在这个过程中原子的体积缩小了千万倍。随着新的中子团的系列形成，它们之间的距离也急剧的缩小，其间的引力却急剧增加（根据万有引力定律，引力大小与距离的平方成反比），终于引发了一场宏观物质的大塌陷。开始，由于这些区域外物体的引力使它们很慢地旋转；当坍缩的区域变得更小，自转加快――正如在冰上自转的滑冰者，缩回手臂时会自转得会更快；最终，当这些区域变得足够小，自转的离心力就足以平衡引力的吸引，碟状的旋转星系就产生了。另外一些区域刚好没有得到旋转，就形成了叫做椭圆状星系。这些区域之所以停止坍缩是因为星系的个别部分稳定地绕着它的中心旋转，但星系整体并没有旋转。这大约就是我们现在的宇宙，按照这样的思路进行下去，庞大的宇宙最终将塌陷成一个非常小的区域。可以想见一个纯粹由中子构成的星系它的密度之大引力之强，以至于周边任何物质都会被吸进去，并被撕裂，直到只剩下中子。假象一个宇宙冒险者从头进入其引力的临界点，到脚进入时，身子早已拉伸成线了，无论是其肉体还是衣服都将成为原子状态，如果他还能思维，恐怕连他自己也分不出哪个是自己的原子了。到此还没有结束，这些原子还将继续被撕裂直到最终成为中子。这个时候，我们可以说，冒险者完全进入了黑洞。黑洞引力之大，连光线也无法穿越。天鹅X－1座就是一座被证实的黑洞。可见，局部的一些演化已经到了这一步。

那么黑洞的未来又是什么样呢？

继续吸引更多的物质，引力进一步增强，直到把所有宇宙中的其余物质全部吸进去并熔汇在一起，重新回到大爆炸的奇点，然后经历新一轮的宇宙大爆炸及演化，周而复始。当然也有可能由于粒子的高速运动大于引力，那从现在开始就会不断地膨胀下去。

想想人类，不过是宇宙中的沧海一粟，终将成宇宙的尘埃。我们又何需斤斤计较于蝇头小利，甚至不惜拳脚兵戎呢？为什么不停下浮躁的心，精诚团结，推进科技，提升生命质量，让地球生命的奇迹绽放异彩呢！

参考；参考：史蒂芬•霍金的《时间简史》