宇宙保持能量平衡和能量守恒的秘密是什么？ 第1页

秘密是人类的一厢情愿。

守恒量是人类制造出来的人工概念，其中有一些被特别挑出来作为“能量”。（细节现在不方便写，不过可以轻松地举例：理论力学中的拉格朗日函数可以导出广义能量）仅此而已。有时候能量守恒看起来很优美，可能是诺特定理的缘故：守恒量与对称性对应。

秘密就是根本没去保持。宇宙不遵守能量守恒，也根本不平衡。

关于宇宙不适用能量守恒定律：

膨胀的时空没有时间平移不变性。能量守恒定律由类时killing场生成，宇宙中没有这种场。宇宙非渐近平直，不能对全时空定义守恒的ADM能量^[1]。简单粗暴地对宇宙套用能量守恒定律是不可行的。

按照目前的观测事实，宇宙中存在辐射和暗能量。从早期宇宙形成以来，暗能量在增长，从早期宇宙里几乎不含暗能量的状态发展至现在暗能量占据宇宙总能量的68.3%。 弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规^[2]描述了符合观测事实（均匀、各向同性）的四维时空的大尺度结构，度规中随时间变化的尺度因子对应着宇宙空间尺寸的变化。重子物质的能量密度正比于尺度因子的负三次方，辐射的能量密度正比于尺度因子的负四次方，暗能量的能量密度不随尺度因子变化，因此宇宙不适用能量守恒定律。

可以参照：

为什么总有人不相信能量守恒定律？ - 王清扬的回答 - 知乎

关于宇宙非平衡：

根据观测事实，宇宙在膨胀且是个自引力系统，是具有负热容的不稳定系统，没有平衡态。

根据位力定理，对于自引力系统，在一个周期内动能的时间平均值等于总能量的负值，即Ek=-E。也就是说，自引力系统得到能量时动能减小，失去能量时动能增大。
热学中比热容的定义是物体温度每升高1开尔文所需要的热量。
而对于自引力系统来说，释放能量才能提高温度，这就是负的热容量。
负热容系统没有稳定的平衡态。
宇宙是自引力系统，它根本不可能达到平衡态。

这也意味着宇宙无法热寂。

当然，这不是热寂说唯一的死因。量子隧穿和真空虚粒子涨落会导致热寂状态无法对抗时间、必定被打破。如果你要设定量子隧穿和虚粒子涨落不存在，则黑洞会变成无法自然消灭的（其实就算在有霍金辐射的宇宙里，调整黑洞的电荷与质量也能制造出类似的情况，但不会那么夸张），热寂也将无法达到。设定宇宙能够热寂对追求严谨的科幻作品没有任何好处，更不要说科学了。

参考

1. ^ 无限远处重力场强度的计量
2. ^ （riedmann-Lemaître-Robertson-Walker metric，FLRW度规）