混沌时间序列预测：非平衡宇宙

上面介绍的物理、化学、生物中所出现的复杂现象，在整个宇宙中同样也会出现。19世纪热力学第二定律的提出将人类的认识水平向前大大地推进了一步。但克劳修斯（Clausius）和汤姆逊（Thomson）等却把仅对孤立系统适用的热力学第二定律推广到整个宇宙，从而得出了“宇宙热寂论”这一荒谬的结论。他们认为整个宇宙在发生着熵的增加，一切物体的热量只能由高温流向低温，最终其温度差消失，压力也变得均匀起来，甚至预言整个宇宙达到热平衡，熵达到最大值，可以做功的热量也消失了，一切变化（如恒星的发光、发热、地球上的风、雨、雾、雪和雷电等）都将不可能发生，因此整个宇宙都停止变化。而现实的宇宙则不然，因为在世界上根本找不到一小块其内部是绝对均匀、绝对无序的物质。例如大至星系，小至分子、原子、原子核都并非是绝对的均匀体，他们的结构具有各自不同的特点。星云就是从密度极稀的星际弥漫物质中集结起来的。在漫长的集结过程中，从而形成了物质密度高度集中的恒星群。

20世纪量子力学和相对论的确立，对整个科学领域的宏观与微观的认识产生了深远的影响。由于量子力学和相对论把普适常数c和h归并到经典力学的框架之中，故而相对论和量子力学似乎仍坚持牛顿力学所表达的世界观。但近半个世纪以来，情况已经发生了很大的变化。量子力学已经成为处理基本粒子及其变换的主要工具。相对论同样也受到变革，它已成为研究宇宙热史的主要工具。

量子力学的创始人之一狄拉克（Dirac）应用量子力学和相对论证明：必须把每一个具有质量m 和电荷e的粒子与具有相同质量和相反电荷的反粒子相联系。

众所周知，当粒子与其相对的反粒子碰撞时，将彼此湮灭，产生光子。由于光子是具有能量没有质量的粒子，所以波动方程表征了离子和反粒子的交换具有对称性。但在现实世界中，却存在着粒子和反粒子之间的非对称性。(www.xing528.com)

现实的世界中，物质是由电子、质子等基本粒子所组成的，而反粒子仅是在实验室利用高能加速器所产生的为数不多的产物。如果粒子与反粒子等量共存，碰撞后，其结果将导致一切质量全部湮灭。研究已证明：在现今人类所发现的星系中不存在反物质，但并不排斥其他的星球上会存在反物质的可能性。据此，人们对宇宙机制提出了不同的可能模型。对于现实世界，宇宙中可能存在一种机制，它有效地把粒子和反粒子隔开，或把反粒子隐藏在某处，使粒子和反粒子不发生碰撞而湮灭；更可能的是，人们本来就生活在非对称的宇宙之中，物质以完全压倒的优势超过反物质。于是，1966年物理学家萨哈罗夫（Sakharov）提出一个模型。其要点为，物质形成的时刻宇宙必须处于非平衡条件下。因为在平衡态时，根据质量作用定律，要求有等量的物质和反物质。由此人们认识到，如果不存在非平衡态和与之相联系的不可逆过程，则宇宙将具有与现实世界完全不同的结构。这是因为当要求物质和反物质等量存在时，物质将会全部湮灭。即使考虑到涨落现象也不会有明显数量的物质存在，这将导致在某些局域内，只可能存在物质超过反物质，或反物质超过物质。这并非是现实世界。因此，从现实世界出发得出的结论只能是：宇宙在物质形成之时便处于非平衡态中。非平衡态是物质存在的前提。

近年来，有人把广义相对论引力理论与量子理论相结合，开展了对量子引力的研究，使得在天体物理学中的黑洞学说不断受到人们重视。黑洞理论的发展，更进一步证实了宇宙的不均匀性和复杂性。在黑洞的引力范围内，一切物质包括辐射及其携带的能量都将被它吸收，这就是使宇宙中某些区域质量和能量高度集中。