我们的这个宇宙是不是一个孤立的系统？
宇宙是否是一个孤立的系统？这个问题，说起来简单，但要真正理解它，我们可能需要把我们对“系统”、“孤立”以及“宇宙”本身的认知都搬出来，放在显微镜下好好打量一番。
首先，咱们得说说“系统”这个概念。在咱们日常生活中，一个系统往往是指由一组相互关联、相互作用的组件构成的一个整体。比如，一个钟表就是一个系统，齿轮、发条、指针，它们各司其职，共同指示时间。再大一点，地球的生态系统，有植物、动物、微生物、大气、水，它们之间也充满了错综复杂的联系。
那么，我们的宇宙呢？从物理学的角度看，宇宙包含我们能观测到的所有物质、能量、空间和时间。它涵盖了从最微小的粒子到最庞大的星系团，从黑洞的引力奇点到宇宙大爆炸最初的瞬间。如果我们把“系统”定义为“所有存在的事物”，那么宇宙本身，在我们理解的范围内，自然就是最大的那个“系统”了。
接下来，关键在于“孤立”。一个孤立的系统，简单来说，就是它不与外界发生任何物质或能量的交换。你可以想象一个被彻底密封的保温瓶，它能保持内部的温度，不让热量跑出去，也不让外面的热量进来。在物理学里，这种概念叫做“孤立系统”。
现在，把这个“孤立”的帽子扣在宇宙头上，这就开始有点意思了。我们之所以认为宇宙是孤立的，主要是基于我们对宇宙的观测和理解。
从观测的角度看，我们找不到“宇宙之外”：
我们能观测到的宇宙，是有限的。因为光速是有限的，我们只能看到那些光线有时间传到地球的区域，这被称为“可观测宇宙”。我们之所以看不到更远的地方，并不是因为那里不存在，而是因为那里的光还没有来得及到达我们这里。
但是，一旦我们谈论“宇宙之外”，我们就陷入了概念的困境。我们的物理定律，我们对物质、能量、空间和时间的理解，都是在宇宙内部建立起来的。我们无法想象“宇宙之外”是什么样子，因为一旦我们想象，我们可能就会不自觉地将我们宇宙中的概念——比如空间、时间——投射到那里。
比如说，我们说“宇宙之外”，是不是就意味着有一个“更大的空间”容纳着我们的宇宙？但这个“更大的空间”又是什么？它有没有边界？有没有时间？这些问题，目前而言，我们的物理学工具无法回答。
从理论的角度看，宇宙的“整体性”：
另一个让人们倾向于认为宇宙是孤立的原因，在于它似乎自成一体。我们宇宙中的所有物理定律，无论是万有引力，还是量子力学，在已知的所有地方似乎都遵循着相同的规则。能量在宇宙中守恒，动量也守恒。这表明宇宙作为一个整体，内部的交互是自洽的，并且遵循着一套固定的法则。
想象一下，如果你在宇宙的任何一个角落，做同样的实验，比如让两个质量为一公斤的物体以一定的距离吸引，它们产生的引力大小应该是相同的。这种普遍性，使得宇宙看起来就像一个封闭的、自我包含的“大容器”。
但是，我们真的能如此确定吗？
尽管我们目前找不到任何证据证明宇宙与“外部”有任何物质或能量的交换，但“找不到证据”并不等于“不存在”。科学总是在不断探索未知，我们当前的认识可能只是冰山一角。
有些理论，虽然还没有被证实，但却为宇宙是否孤立提供了另一种思考角度：
多元宇宙（Multiverse）理论： 一些宇宙学理论，比如暴胀宇宙学（Inflationary Cosmology）和弦理论（String Theory），提出了“多元宇宙”的概念。这些理论认为，我们所处的宇宙可能只是无数个宇宙中的一个。这些其他的宇宙可能拥有不同的物理定律，甚至不同的维度。如果存在其他宇宙，那么它们之间是否存在某种联系，或者是否能够相互影响？这是一个开放性的问题。如果存在某种我们尚未理解的“超空间”或者“更高维度”，我们的宇宙可能就不是绝对孤立的。
宇宙的边界问题： 我们对宇宙的形状和边界的理解也在发展。根据广义相对论，宇宙可能是平坦的、开放的（双曲线形）或封闭的（球面形）。如果宇宙是封闭的，那么它就像一个球体的表面，虽然没有边界，但也没有“外面”。如果我们所说的“孤立”是指不与任何“外部空间”交换，那么一个封闭但有限的宇宙，在某种意义上也是孤立的。但如果宇宙是无限的、平坦的或开放的，那么它的“边界”问题就更加复杂了，或者说它可能根本没有我们想象中的“边界”。
暗物质和暗能量： 我们宇宙的大部分是由我们无法直接观测到的暗物质和暗能量组成的。它们如何影响宇宙的演化，以及它们是否存在于我们可观测宇宙之外，这些都是未解之谜。虽然它们被认为是宇宙的一部分，但它们的性质和来源仍然是巨大的未知数，这让我们对宇宙的“封闭性”产生一丝犹疑。
总结一下：
从我们现有的观测和理论框架来看，我们的宇宙确实表现得非常像一个孤立的系统。我们找不到任何证据表明有外部物质或能量能够进入或离开我们的宇宙，而且宇宙内部的物理定律似乎是统一且自洽的。
然而，科学的边界永远在推移。“孤立”这个词，在科学语境下，往往意味着“不与外部交换”。而我们恰恰无法定义或者探测到“外部”到底是什么。如果宇宙是无限的，或者存在于一个更大的、我们无法感知的结构中，那么“孤立”的定义本身就需要重新审视。
所以，与其说我们的宇宙“是一个孤立的系统”，不如说“根据我们目前的理解和观测能力，它表现得非常像一个孤立的系统。” 这是一个在不断探索和定义中的问题，也许在未来的某个时刻，我们会有更清晰的答案，或者，会发现“孤立”这个概念在宇宙的宏大尺度上，是多么的苍白无力。
首先，咱们得说说“系统”这个概念。在咱们日常生活中，一个系统往往是指由一组相互关联、相互作用的组件构成的一个整体。比如，一个钟表就是一个系统，齿轮、发条、指针，它们各司其职，共同指示时间。再大一点，地球的生态系统，有植物、动物、微生物、大气、水，它们之间也充满了错综复杂的联系。
那么，我们的宇宙呢？从物理学的角度看，宇宙包含我们能观测到的所有物质、能量、空间和时间。它涵盖了从最微小的粒子到最庞大的星系团，从黑洞的引力奇点到宇宙大爆炸最初的瞬间。如果我们把“系统”定义为“所有存在的事物”，那么宇宙本身，在我们理解的范围内，自然就是最大的那个“系统”了。
接下来，关键在于“孤立”。一个孤立的系统，简单来说，就是它不与外界发生任何物质或能量的交换。你可以想象一个被彻底密封的保温瓶，它能保持内部的温度，不让热量跑出去，也不让外面的热量进来。在物理学里，这种概念叫做“孤立系统”。
现在，把这个“孤立”的帽子扣在宇宙头上，这就开始有点意思了。我们之所以认为宇宙是孤立的，主要是基于我们对宇宙的观测和理解。
从观测的角度看，我们找不到“宇宙之外”：
我们能观测到的宇宙，是有限的。因为光速是有限的，我们只能看到那些光线有时间传到地球的区域，这被称为“可观测宇宙”。我们之所以看不到更远的地方，并不是因为那里不存在，而是因为那里的光还没有来得及到达我们这里。
但是，一旦我们谈论“宇宙之外”，我们就陷入了概念的困境。我们的物理定律，我们对物质、能量、空间和时间的理解，都是在宇宙内部建立起来的。我们无法想象“宇宙之外”是什么样子，因为一旦我们想象，我们可能就会不自觉地将我们宇宙中的概念——比如空间、时间——投射到那里。
比如说，我们说“宇宙之外”，是不是就意味着有一个“更大的空间”容纳着我们的宇宙？但这个“更大的空间”又是什么？它有没有边界？有没有时间？这些问题，目前而言，我们的物理学工具无法回答。
从理论的角度看，宇宙的“整体性”：
另一个让人们倾向于认为宇宙是孤立的原因，在于它似乎自成一体。我们宇宙中的所有物理定律，无论是万有引力，还是量子力学，在已知的所有地方似乎都遵循着相同的规则。能量在宇宙中守恒，动量也守恒。这表明宇宙作为一个整体，内部的交互是自洽的，并且遵循着一套固定的法则。
想象一下，如果你在宇宙的任何一个角落，做同样的实验，比如让两个质量为一公斤的物体以一定的距离吸引，它们产生的引力大小应该是相同的。这种普遍性，使得宇宙看起来就像一个封闭的、自我包含的“大容器”。
但是，我们真的能如此确定吗？
尽管我们目前找不到任何证据证明宇宙与“外部”有任何物质或能量的交换，但“找不到证据”并不等于“不存在”。科学总是在不断探索未知，我们当前的认识可能只是冰山一角。
有些理论，虽然还没有被证实，但却为宇宙是否孤立提供了另一种思考角度：
多元宇宙（Multiverse）理论： 一些宇宙学理论，比如暴胀宇宙学（Inflationary Cosmology）和弦理论（String Theory），提出了“多元宇宙”的概念。这些理论认为，我们所处的宇宙可能只是无数个宇宙中的一个。这些其他的宇宙可能拥有不同的物理定律，甚至不同的维度。如果存在其他宇宙，那么它们之间是否存在某种联系，或者是否能够相互影响？这是一个开放性的问题。如果存在某种我们尚未理解的“超空间”或者“更高维度”，我们的宇宙可能就不是绝对孤立的。
宇宙的边界问题： 我们对宇宙的形状和边界的理解也在发展。根据广义相对论，宇宙可能是平坦的、开放的（双曲线形）或封闭的（球面形）。如果宇宙是封闭的，那么它就像一个球体的表面，虽然没有边界，但也没有“外面”。如果我们所说的“孤立”是指不与任何“外部空间”交换，那么一个封闭但有限的宇宙，在某种意义上也是孤立的。但如果宇宙是无限的、平坦的或开放的，那么它的“边界”问题就更加复杂了，或者说它可能根本没有我们想象中的“边界”。
暗物质和暗能量： 我们宇宙的大部分是由我们无法直接观测到的暗物质和暗能量组成的。它们如何影响宇宙的演化，以及它们是否存在于我们可观测宇宙之外，这些都是未解之谜。虽然它们被认为是宇宙的一部分，但它们的性质和来源仍然是巨大的未知数，这让我们对宇宙的“封闭性”产生一丝犹疑。
总结一下：
从我们现有的观测和理论框架来看，我们的宇宙确实表现得非常像一个孤立的系统。我们找不到任何证据表明有外部物质或能量能够进入或离开我们的宇宙，而且宇宙内部的物理定律似乎是统一且自洽的。
然而，科学的边界永远在推移。“孤立”这个词，在科学语境下，往往意味着“不与外部交换”。而我们恰恰无法定义或者探测到“外部”到底是什么。如果宇宙是无限的，或者存在于一个更大的、我们无法感知的结构中，那么“孤立”的定义本身就需要重新审视。
所以，与其说我们的宇宙“是一个孤立的系统”，不如说“根据我们目前的理解和观测能力，它表现得非常像一个孤立的系统。” 这是一个在不断探索和定义中的问题，也许在未来的某个时刻，我们会有更清晰的答案，或者，会发现“孤立”这个概念在宇宙的宏大尺度上，是多么的苍白无力。
网友意见
作为一个老热力学er，认为宇宙是一个孤立系统，没毛病!
热寂说也是基于宇宙是孤立系统而提出来的。
所以才会提出整个宇宙一直是熵增的，并最终走向虚无。
高赞中存在一个小错误。
孤立系统指的是不与外界交换物质和能量的系统，而不是物质或能量的系统。
这一字“和“与“或“之差，差别是十分大的！
宇宙有边界吗？有的话，孤立系统的边界，就是宇宙的边界。
宇宙没有边界的话，那没有边界的系统，自然就没有物质和能量交换了，那还是孤立系统。
既然讨论的是热力学问题，那就应该从热力学的角度出发。
热力学中的不与外界进行物质和能量交换，不是绝对意义上的不存在，而是相对意义上的，物质和能量交换足够小，就可以视为没有。
别说宇宙了，甚至太阳系也可以视为一个孤立系统。
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