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为什么天文学家认为,最快220亿年后,整个宇宙就将迎来末日?

IP属地 北京 编辑:赵磊 旅行密码屋 时间:2024-09-10 13:32:57

1929年,哈勃通过观察星系得知了宇宙中存在红移现象,即所有星系都在远离我们,1998年,索尔·珀尔马特等人在对Ia超新星观测数据的分析下,发现宇宙膨胀是加速的,不仅如此,以145亿光年为界,大于该距离,星系远离的速度提升到了光速以上,而现在人类能够观测到的星系当中,仅有2%尚处在该距离范围内,这相当于人类被宇宙采取了空间上的隔离。

这是什么原因导致的呢?暗能量要背负这个首要责任。因为人类可以观测到的星系,虽然数目众多,达两万亿个,如此大的基数,已经足以使得任何概率无限接近于零的事件(比如存在地外生命)变成可能,然而,这也只是宇宙展现了它的5%,人类现在只是管中窥豹,至于这头“豹”的其他部分则是由大约21%的暗物质以及74%的暗能量组成。

因此暗能量和暗物质就可以说是宇宙的绝对统治者,其强大的负压力促使宇宙加速膨胀,同时也使得普通粒子的密度因空间的膨胀而减少,但是暗物质和暗能量并非粒子,而是空间固有能量,更确切的说是一种宇宙学常数,因此它们的密度不会随着空间的膨胀而有所变化,就像光速不变原理一样,这就使得宇宙膨胀越来越快,而普通物质的密度逐渐减少。

照此加速度计算,最快218亿年后,拉尼亚凯亚这种规模的结构,就会开始瓦解,再过1.4亿年,这股力量就会影响到银河系这种尺度的天体,这时宇宙如同葡萄架倒了一样,再无星系这种尺度的结构,只有一颗颗恒星,此场景算是为220亿年后最为残酷的大撕裂来临做了场开幕式表演。

在大撕裂来临前的3个月,膨胀的力量终于蔓延到恒星上,我们生存的太阳系也会土崩瓦解,太阳束缚恒星的力量将越来越小,地球会往公转轨道外围移动。大撕裂来临前的数分钟,膨胀的斥力会将地球撕开,地球会变成一堆堆碎片。

当距离大撕裂还剩10^(-19)秒时,一切微观原子也会像宏观天体一样被撕碎,当最后10^(-19)秒走过时,宇宙就成了一锅炽热的粒子汤,一切物质包括天体和黑洞都荡然无存。当然,暗能量和暗物质的具体性质仍需要进一步的实验验证,毕竟目前人类还不能直接对其展开研究观测。

若以后发现暗能量和暗物质的占比并非如此之高,则大撕裂不仅不会发生,反而会使引力重新变回主导宇宙的力,导致大坍缩,甚至再形成一个奇点诞生新的宇宙,彭罗斯的共形循环宇宙理论,庞加莱回归,还有尼采的永恒轮回思想都是比较近似的理论。

除了大撕裂和大坍缩外,关于宇宙命运的理论还有很多,比如热寂理论认为,当宇宙的熵值达到最大,也就是热平衡态,热力学自由能会全部丧失,现在所发现的一切定律都失效,哪怕就是正态分布这样最最简单的规律,也没有意义。

热寂会使所有的宏观物理过程以及生命都消失,不管暗能量存在与否,它都会发生。此外还有伪真空假说,认为宇宙真空并非能量最低状态,也许有更低,若如此,宇宙早晚都会跃迁至真真空,会释放极大能量。这个能量一定可以大到引发连锁反应。

现在在宇宙某处都有几率发生真空衰变,或许正以光速扩张并最终摧毁宇宙。宇宙大爆炸可能就是一次发生在大约138亿年前的伪真空衰变的过程,衰变之前的真空零点能比现在还高,我们现在的宇宙就是一遍一遍的释放能量到达真真空状态,这也解决了牛顿所谓的“第一推动力”的问题。

总的来说,在肉眼可见的将来,相信在观测技术的发展下关于宇宙的演化会有更精密的记录,以此不断拓宽人类时间、空间和认知的局限,以对宇宙有更深入的认知,洞悉更本质的事物。

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