刚倒的一杯热水，随着时间推移会慢慢冷却，最终与房间里的空气温度一致，因为热量总是从高温物体传递到低温物体，这是三岁小孩都知道的生活常识。为什么不会反过来，随着时间推移，热量从低温的空气传递给热水，让空气温度更低、热水变得更热甚至沸腾呢？
刚拆封的扑克牌，都是按花色以及大小顺序整齐排列的，随着我们不停地洗牌，整副牌将变得杂乱无章。为什么不会反过来，一副杂乱无章的扑克牌，随着我们不停地洗牌，最后变成按花色及大小顺序整齐排列呢？当然，高手老千在洗牌过程中刻意调整的情况不算，因为那不是自然过程。
往杯中滴入一滴红墨水，随着时间推移，原来集中一处的红墨水将不断扩散，直到均匀分布于整杯水中。为什么不能反过来，已经均匀混合的红墨水自发原路返回，重新聚在一处呢？
上述问题乍听起来就像傻子说蠢话，但非要给出一个科学合理的解释的话，一般人不见得都能说得清楚。这就是热力学第二定律所阐述的自然法则：一个孤立的系统（不与外界发生物质和能量交换的系统），随着时间推移，总是变得越来越无序（越混乱）；如果把系统的无序程度用一个名词熵来描述，则也可以说一个孤立系统的熵总是随时间增加的。一个系统的状态可以有很多种，越有序的状态能量越集中，且需要耗费能量去维持有序；越无序的状态则能量越平均，是能量耗散摊平的过程，因此无序才是系统最自然的选择。现在，用熵增原理再回头看上述三个例子，它们的逆过程之所以不会发生，也就可以科学合理地解释了。
执着的朋友可能会举出反例：冰箱和空调，不就是把热量从冷的地方排放到热的地方，让冷的地方更冷、热的地方更热吗？但别忘了，冰箱和空调要造出这样的效果，必须持续耗电，同时还会有一部分电能转化成导致线路、电机发热的无用功。这并不是一个孤立的系统，消耗的电能是系统外输入的。况且，加上线路及电机散发的热量，整个大系统的熵还是增加的。
可见，除了可以用无序程度来理解熵，还可以从能量的利用角度来描述它。一个系统的熵随时间增加，也可以说系统内不能被利用的无用能量越来越多。一个活跃的系统总是时刻在进行着能量交换，杯中热水向周围空气散热、生命体新陈代谢、星云聚合成恒星发光发热……正是能量分布的不均匀，造就了活跃生动的万千世界。能量总是自发地从集中度大的地方流向集中度小的地方，并逐渐走向更无序的能量平均状态。局部无序的系统，在吸收能量后可以朝熵减方向发展，变得更加有序，比如生命的形成过程，就是在能量驱动下一堆原子有序组合成蛋白质；但它同时也通过呼吸作用耗散能量、增加外部环境的熵；它所吸收的能量也不能百分百转化成有用功，总有一部分以光或热的形式耗散。随着时间流逝，系统最终走向能量平均化，能量的流动停止了，只剩下一片处处均匀的、不能被利用的弥散能量，就像冷热水混合最终温度一致、停止对流一样。而此时，这个孤立系统也就彻底失去活力宣告死亡了，它将永远这么稳定地寂静下去，这就是经典热力学所谓的热寂状态。
一通东拉西扯所为者何？为了给宇宙算算命，想看看宇宙的终极宿命。在经典物理学的认知中，宇宙是一个孤立的稳态系统，热力学第二定律就是决定它最终宿命的生死簿。宇宙的历史电影中，日月星辰、分子原子等物质是演员，静止不动的空间就是舞台，永远只向前流逝的时间就是进度条。因此，在经典物理学看来，宇宙的演化只是物质的演化，时间和空间并不会演化。热力学第二定律是普适的，宇宙的熵将随时间持续增大，直到最终进入并永远停留在熵值最大的热寂状态，那时的宇宙不再有日月星辰、分子原子等万物，只有弥散在整个宇宙空间中的、处处均匀且不能被利用的能量（光和热）。人类即使再聪明，甚至在太阳演化到红巨星之前实现星际穿越，迁移到别的星球继续繁衍生息，但最终还是摆脱不了热力学第二定律已经注定的宿命，那就是彻底的终结消失。
在上一章《众星熄灭》中，我们已经看到千亿年之后的宇宙，物质世界基本只剩下黑矮星、中子星、黑洞、暗物质，还有弥散在浩瀚空间中的光和热。在接下来的千亿年时间里，黑洞会因为霍金辐射而最终蒸发殆尽，转化成能量弥散到宇宙各处；黑矮星和中子星则会先持续发生中子衰变，中子变成质子、电子和中微子，剩下的质子则会缓慢衰变成π介子和正电子，再后来电子和正电子碰在一起发生湮灭而同归于尽，变成弥散的能量。这些过程虽然极其缓慢，但终会持续发生，宇宙依然注定热寂而死。
这样悲伤的结局是我们所不想看到的，于是就得问：热力学第二定律真的是宇宙命运的生死簿吗，或者说宇宙真的是一个孤立的稳态系统、以至于最终因为熵增大到最大值而出现热寂吗？这要从万有引力和宇宙膨胀两个方面分析。
先来看看万有引力会作出什么妖。生活常识告诉我们，吸热会使物体升温，散热则会使它降温，像这样的系统我们称之为正热容系统。但因为万有引力的存在，日月星辰却是负热容系统。在恒星这样的自引力系统中，物质在引力作用下向中心塌陷，这个过程是释放引力势能而升温；当物质粒子吸收热核反应的能量后，膨胀压力战胜引力向外膨胀，同时星体温度降低。可见，我们的宇宙是一个正负热熔并存的大系统，因此是非常不稳定的，稍有扰动就会失去平衡，导致能量密度的不均匀，于是出现温差，能量又可以流动起来，宇宙重现活力。事实上，正是万有引力的存在，使得宇宙在整体走向熵增的路上，在局部出现了熵减的有序小系统，比如恒星、星系等，就是从一片无序的分子云中被引力凝聚在一起而形成的，但他们也同时通过释放光和热增加了宇宙的总熵。因此，虽然宇宙的总熵是随时间增加，但并没有最大值，而是可以无限增大下去，宇宙不会进入完全热平衡的热寂状态。
再来看看宇宙膨胀是如何解除热寂魔咒的。大爆炸宇宙论认为，宇宙是亿年前由一个体积无限小、密度无限大、温度无限高的奇点爆炸而产生。诞生之初的宇宙因为极其高温，没有粒子存在，只是一片简单有序的能量。大爆炸后10^-43秒（普朗克时间），宇宙还处于极其微小的尺度，量子涨落导致了极其微小的能量密度的不均匀。大爆炸后10^-35秒，宇宙不知道什么原因出现了短暂的超光速暴涨，在10^-33秒的瞬间空间尺度暴涨了10^30倍。微小的密度不均也在暴涨中被放大为大尺度时空下的密度不均，为恒星、星系等的形成提供了前提条件，因为如果是处处均匀的光滑时空，万有引力就不可能把分子云聚合成星系以及恒星。大爆炸10秒钟后，温度降至30亿度，质子和中子总算能拥抱在一起，形成最初的氦原子核。大爆炸35分钟后，温度降至3亿度，氦原子核停止合成，原始宇宙能创造的元素就是氢（质子）和氦（质子和中子），元素周期表剩余的元素要靠将来恒星内部核聚变生产。大爆炸约30万年后，温度降到度以下，之前打了鸡血一样四处横冲直撞的质子、氦核、电子，总算平静下来甘心被电磁力束缚，一个质子捕捉一个电子，形成了中性的氢原子；氦原子捕捉两个电子，形成了中性的氦原子。原子及分子时代到来，直到此时，宇宙最初的光子才终于可以在空间中自由穿行，光的波长也随着宇宙的持续膨胀而被不断拉长，频率逐渐降低。再往后，就是引力施展魔法制造星系和恒星的漫长历史。
在上述简短的大爆炸创世的描述中，也为该理论自身的正确性提供了三个证据：第一，宇宙最初只产生了氢和氦两种元素，其余的元素都是以这两种元素为原材料，在恒星内部核聚变中逐渐制造出来的。精细的计算结果表明宇宙中氢、氦、其余元素的丰度应该为74%、25%、1%的比例，这与观测所得数据完美吻合。第二，宇宙膨胀将导致所有星系在大尺度下相互远离，距离越远相互远离的速度越快，就像一个表面画满斑点的气球吹气膨胀时一样，这与我们观测到的情况一致。第三，宇宙最初的光随着时空膨胀，波长不断被拉长，经过亿年的膨胀，此时应该是散布宇宙各处的微波频段的辐射，即宇宙微波背景辐射，这在20世纪60年代已被观测证实。
可见，大爆炸宇宙论虽然听起来匪夷所思，但确实证据确凿逻辑自洽。在经典物理的静态时空中，宇宙的温度取决于物质（粒子）温度和能量（光热等辐射）温度的综合作用，随着时间推移，物质温度终将与辐射温度平衡，就像冷热水混合最终平衡一样。但在一个持续膨胀的宇宙中，情况就有所不同了。虽然两者都会随着时空膨胀而降低，但降温的速率不一样。同样是空间膨胀了一倍，辐射温度降低一半，而物质温度则降低到四分之一，温差始终存在，不可能出现完全热平衡的热寂状态。况且，由于宇宙持续膨胀，不管是物质还是辐射都在彼此远离；距离太远的星系甚至老死不相往来，因为它们相对远离的速度超过了光速，光热等辐射永远都到不了彼此，根本没机会拥抱在一起互相传递能量，因此也根本不可能进入热平衡的热寂。
至此，宇宙最终热寂而死的阴云总算散去。但执着的人类还是不会善罢甘休：那宇宙究竟会是怎么个死法呢？或者说，宇宙到底会不会死呢？它最终极的命运是怎样的呢？
这个问题只有引力和它的对抗力量才能回答。万有引力是单向力，只要有质量的东西就会相互吸引，而且它的作用距离是没有限制的，相隔甚远的物体之间引力依然存在，只不过越远越微弱而已。不仅是对物质，引力对时空本身也一样有拖拽作用，从它出现之日起就始终不遗余力地阻止宇宙膨胀。与之相反，促成宇宙加速膨胀的力量就是神秘莫测的暗能量，我们对它几乎一无所知，只知道它是一种类似反引力的斥力作用。
既然如此，宇宙会一直膨胀下去吗？这取决于宇宙的平均物质密度ρ与临界密度ρc的关系。当ρ﹤ρc时，引力不足以拉住时空的膨胀，宇宙将永远这么膨胀下去，直到把所有星体拉到无穷远，再把物质拉裂成零碎的基本粒子，最后甚至把时空本身拉裂，裂开的时空或许又诞生出新的宇宙，这是宇宙第一种可能的死法，即所谓的大撕裂结局。当ρρc时，引力占上风，宇宙膨胀逐渐减速，最后调头转而收缩，接下来星系融合、恒星相撞、粒子聚拢，最终万物熔化，又变成一个体积无限小、密度无限大、温度无限高的奇点。这是宇宙第二种可能的死法，即所谓的大坍缩结局。至于这个奇点还会不会再次爆炸而诞生新的宇宙，甚至不停地重复着大爆炸、大膨胀、大坍缩的循环，那就只有天知道了。当ρ=ρc时，宇宙膨胀将逐渐减速到零，此时的时空曲率为零，宇宙是平直的，恒星等物质会逐渐走向死亡，但时空本身将永远这么安静地存在下去。
理论上宇宙临界密度ρc=5×10^-30g/cm^3，目前的观测结果ρ约等于ρc的1/20，宇宙最有可能出现大撕裂结局。而且，随着观测技术的提高，发现宇宙膨胀似乎在持续加速，这是恨不得早死早超生的节奏啊。当然了，日月星辰分子原子这些普通物质，仅仅是宇宙万物的冰山一角，暗物质等看不见摸不着但又真实存在的东西还很多，仅仅根据普通物质分布测定的宇宙密度不足为凭。况且，我们对暗能量知之甚少，或许它的斥力作用也是有极限的呢，或许当宇宙膨胀到某个尺度时它就迅速减弱甚至消失呢。再或者，我们现在所看到的宇宙膨胀，只是万有引力和暗能量暂时的博弈阶段，就像一根压缩的弹簧尚未恢复到临界点前，它是加速拉伸的；而一旦越过临界点，虽然弹簧仍在拉伸，但却是持续减速的拉伸直到停止，并最后转而收缩。