宇宙死亡的三种方式

来源: 怪罗科普

发布日期: 2016-09-06 10:30:12

本文讨论了宇宙可能的三种终结方式:大撕裂、热寂和大挤压/大反弹,分析了每种方式的科学原理和可能的宇宙命运。

宇宙终将死亡。但为何?又是如何?以及宇宙会就此永远死亡吗?还有,我们是怎么知道的?

首先,宇宙正在膨胀,应该说不只是膨胀,宇宙正在加速膨胀。原因就是:暗能量。科学家认为暗能量是一种奇异现象,它充斥于整个宇宙之中。一直到1998年,我们终于了解到宇宙就像一个抛向天空的小球。球向上飞行,但总是会在某个时间再次落下,但宇宙的膨胀速度实际上是在加速,就像把小球丢向空中,然后看着它飞走,然后越飞越快。

宇宙大爆炸被认为是目前宇宙的起点。那加速度究竟来自何处?这个嘛,我们不知道,但我们叫他“暗能量”。爱因斯坦首先意识其存在,但他后来认为暗能量不可信,现在的天文学家认为它的存在可能性很高。问题是,它是个理论,而我们实际上也并不知道暗能量的性质。

不过,有多种理论来阐述了宇宙可能的三种大结局。第一种:“大撕裂(Big Rip)”。自诞生起,宇宙从未停止膨胀。

而基于某种未知的原因,膨胀所产生的空间在各处平均分配着。由于星系之间的空间膨胀,所以它们的距离越来越远。虽然而在星系内的空间也在膨胀,但是引力的强度依然足够来维持星系的完整。大撕裂使一切都不复存在。然而,在大撕裂模型中,空间膨胀的速度变得极端的快速,空间的膨胀快到引力再也无法抵销它的效果,结果就是“大撕裂”。首先,像星系一样的大型结构遭到撕裂,这是因为单个物体之间的空间的快速膨胀。

接着,诸如黑洞、恒星和行星等大型天体的死亡,因为它们的引力再也没能力将它们聚在一起,所以它们分解成其组成物质。最后,空间膨胀的速度会超过光速。然后原子会被其影响而无法形成化学键。第二种:“热寂(Heat Death)”或“冷寂(Big Freeze)”。简单来说,热寂和大撕裂的不同处在于:在热寂中大多物质会维持其完整性,并且会耗费很长但有限的时间转变成放射物,而同时,宇宙也会永远的膨胀下去。

这是怎么回事呢?我们得先谈谈热力学中“熵”的概念,所有系统总是倾向于变成熵值最高的形态(即熵增原理)。就像一杯咖啡一样,虽然在一开始时,存在着不同的温度区域,但随时间过去,它的温度总会降下来直至均相。这点也同样适用于宇宙。所以,当宇宙变的越来越大时,物质会慢慢的衰变与分散。在未来某时,数代的恒星凋亡后,而所有可以用于形成恒星的气体云耗尽后,宇宙将开始转入黑暗。

最后一代恒星将会死亡;黑洞也将慢慢的缩小,在数万亿年后最终蒸发殆尽(这个现象是由霍金辐射引起)。在黑洞蒸发殆尽后,宇宙中仅会残存少量的光子与轻粒子。在那些粒子也衰变之后,所有宇宙中的活动终会止息于此,熵值达到最大值,宇宙也永远死去。第三种:“大挤压(Big Crunch)”和“大反弹(Big Bounce)”。这个是所有结局中让人开心的一个。

如果暗能量比我们所想像的要少,或如果暗能量会随着时间减少,引力将会再次主宰宇宙。在万亿年内,宇宙的膨胀速率将会减速,甚至停止。在那以后,一切都会倒转。随着宇宙变得越来越小,星系会彼此慢慢融合。由于较小的宇宙也意味着较高温的宇宙,温度会在宇宙各处同时升高。在大挤压发生千年前,背景辐射会变得比大多数恒星表面的温度都高,这也意味着它们会被从外往内加温。

在大挤压发生几分钟前,原子核会被撕裂,超大质量黑洞会在不久后吞噬一切。最后,所有的黑洞会融合成一个究极黑洞(supermassive mega-black hole),它拥有整个宇宙的质量。而在大挤压前几秒,它会吞噬整个宇宙,甚至吞噬掉它自己。

所以宇宙的终焉究竟会发生什么事呢?从现在看来,热寂似乎是最有可能的结局,但我们怪罗希望这个“永远死去”之类的是错误的,而是宇宙将一次又一次的重新开始。

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