暗能量是宇宙膨胀的幕后黑手?宇宙的未来何去何从

作者: 牛顿出版社编 ; 《科学世界》杂志社译

来源: 科学世界

发布日期: 2021-08-20

本文探讨了宇宙的动态变化,包括恒星的生死、星系的碰撞以及暗能量对宇宙膨胀的影响。文章详细描述了银河系与仙女星系的可能碰撞,以及太阳未来的膨胀和死亡过程。最后,文章讨论了宇宙可能的未来,包括“大撕裂”和“大坍缩”等理论推测。

宇宙中的繁星,看上去宛如画中所绘、雕刻所凿般沉默而静止不动。但事实并非这样。我们人类有诞生的瞬间,会遇到意想不到的突发事件,最终会衰老死亡,而众星也是如此。

此时此刻,在宇宙的某处也有恒星诞生,某处又有恒星正在死亡。散落在宇宙各处的恒星碎片在宇宙空间徘徊飘荡,而后又会成为其他恒星诞生的材料。在更大的空间尺度,星系和星系之间也会以极快的速度靠近,最后发生碰撞。

真实的宇宙,绝不是静止不动的世界,而是生机勃勃充满动荡的。这个宇宙究竟会走向何方?在遥远的宇宙中,到底又在发生些什么呢?

星系大碰撞?仙女星系与银河系正在高速接近中!星系碰撞在宇宙中相当普遍,对星系演化具有非常重要的意义。小星系通过碰撞、合并而不断变大,形状也随之改变。

在无垠的宇宙中,为什么星系会彼此相撞?研究认为,在星系碰撞这一现象的背后隐藏着一个无形的“幕后操纵者”——暗物质。遗憾的是,直到今天,科学家依然没能揭开它的真面目,暗物质依然是一个未解之谜。

据推测,数十亿年后,我们所在的银河系将会与近邻的仙女星系发生碰撞。仙女星系现在位于距离地球约250万光年的位置,正在以约每秒100千米的速度向银河系靠近。不过,现在还不能准确预言这两个星系会在什么时候发生碰撞。

在星系内部,恒星之间其实是相隔很远的。例如,距离太阳最近的恒星是半人马座的比邻星,它和太阳之间的距离约4.2光年。如果把太阳比喻为一粒直径为1厘米的玻璃珠,这个距离相当于约300千米。由此可以体会到星系内部其实是非常空旷的。因此,即使两个星系发生碰撞,它们的恒星之间大概也难得相互碰撞。两个星系发生碰撞后会在彼此引力的作用下发生重大变形,互相“穿插通过”。

推测39亿年后的银河系与仙女星系,星系之间发生碰撞,这是能够被天文观测的一种现象。美国哈佛大学的一个研究小组在2008年进行过一项计算机模拟实验,结果表明,在银河系和仙女星系发生碰撞时,两个星系会穿插通过,而且在这个过程中,我们的太阳系有约3%的概率被仙女星系“裹挟”而去。

那时,从现在的地球上无法看见银河系整体的样子,然而若能够从外部观测的话,可以看见碰撞后的银河系与仙女星系的样子发生了很大的变化。40亿年后,银河系与仙女星系碰撞后两个星系穿越而过,相互远离。

两个星系在发生碰撞和穿插通过之后,由于两者的引力互相吸引,又会返回再次靠拢。最终,两个星系会融合为一个椭圆星系(球形或橄榄球形的星系)。

太阳膨胀后死亡,变成美丽的星云。恒星到晚年会发生膨胀,体积变大。这种晚年恒星叫做“红巨星”。我们的太阳也不例外。

太阳一旦开始膨胀变大就会变得非常明亮,极大地增加对地球的辐射量。这将导致地表温度上升、海洋干涸,使地球环境变得十分严酷,极不利于生命的生存。那时的地球将会变成一个死亡的世界。

即使距离太阳比地球远的那些行星,温度也会上升。土星环由于是以冰为主要成分的固体块聚集而成,届时会因蒸发而消失。

太阳究竟能够膨胀到多大,现在还不能做出准确的估计。有人通过理论计算指出,大约80亿年后,太阳的半径最大时可以达到今天的300倍左右。在这种情况下,离太阳比较近的水星、金星和地球全都会被那个膨胀的太阳吞没。

膨胀变大的太阳不断向宇宙空间释放出气体。由于这个缘故,太阳最后可能只剩下仅有地球那样大的一个中心部分,而构成原来太阳的那些气体则会被散布到宇宙空间。太阳到那时其实已经死亡,残留下来的这个中心部分成为一种叫做“白矮星”的天体。这个白矮星的质量只有原来太阳质量的一半左右,但由于体积收缩,这样多的质量全都被挤压在如地球大小的一个小体积内,因此具有非常高的密度。

白矮星内没有“燃料”,已经不能继续进行核聚变反应。不过它还存有余热,能够一面缓慢冷却,一面继续发光。并且,太阳死亡时释放出来的气体会笼罩整个太阳系,并不断向外扩散。这些气体被位于中心的白矮星发出的光照射,然后会发出各种不同颜色的光,这样一大团气体叫做“行星状星云”。如果从遥远的宇宙空间观测死后的太阳,看到的就会是一个美丽的星云。

暗能量推动宇宙膨胀,或将原子撕裂,导致“大坍缩”。我们姑且假定宇宙今后仍将一直保持加速膨胀态势,推测在这种条件下,宇宙会有怎样的结局。当然,我们并不知道这个假定是否正确。

理论认为,宇宙之所以在加速膨胀,是因为有一种充满了宇宙空间的被称为“暗能量”的未知能量在起作用。这种暗能量具有不可思议的性质,正在以强大动力推动着宇宙空间加速向外扩张。

暗能量究竟是什么?现在并没有查明,这可以说是现代物理学的一大谜团。宇宙的未来就取决于暗能量的密度。因为不知道暗能量究竟是什么,所以暗能量的数量在将来是保持不变,还是增加或减少,现在都不能确定。

宇宙膨胀的效应使得星系随之膨胀,直至被撕裂。假定宇宙一直保持像今天这样的膨胀,由引力维系的银河系和太阳系就不会膨胀。但是,如果暗能量在将来增加的话,宇宙膨胀的加速就会更加激烈,银河系和太阳系也会膨胀,直至被撕裂。更有甚者,有可能连原子也抵抗不了宇宙膨胀的效应,随之膨胀后被撕裂,结果是一切皆被撕裂!理论上推测的这样一种宇宙的未来被称为“大撕裂”。

不过,暗能量在将来也有可能减少。如果这样的话,宇宙膨胀还有可能从加速转为减速。这意味着,宇宙先是膨胀速度逐渐减慢,到后来反而有可能转为收缩。由于收缩,星系和星系越来越靠近,全部宇宙最终会坍缩为一个“点”。理论推测宇宙的这另一种归宿被称为“大坍缩”。

此外,还有物理学家做出另外一些对宇宙未来不同的推测。总之,今天关于宇宙未来的预测还是一种众说纷纭的状况。

本文摘编自《科学世界》杂志社出品的《大宇宙》一书,内容有删减改动。因版权所限,本文非经书面授权,请勿转载。

UUID: 0de5a98c-5735-4caf-a0d3-cef5c586c563

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/科学世界公众号-pdf2txt/2021-2022/科学世界_2021-08-20_「转」暗能量是宇宙膨胀的幕后黑手?宇宙的未来何去何从…….txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0097 元