除了熱寂說以外,關於宇宙的最終命運還有什麼樣的假說呢?
關注宇宙最終命運還是挺有趣的,雖然我們人類的存在相對宇宙的壽命就如一瞬間一樣。
在宇宙終結之前,我們的太陽系發生了哪些變化呢?
- 2.5億年後,地球各個大陸板塊將會撞在一起 ;
- 11億年後,太陽的亮度會比今天的亮度強10%,從而導致失控的溫室效應,最終讓整個地球的海洋全部蒸發掉;
- 30億年後,仙女座星系將會和我們所處的銀河系相撞,強烈的震動讓太陽系的行星軌道發生巨大的改變;
- 78億年後,太陽會變成一顆白矮星,只能勉強發出微弱的光。
曾經孕育出生命的太陽系,從此不再閃耀。
關於宇宙的終結,是在是在遙遠了,我們只能根據現有的物理定律去推測宇宙未來的發展。
關於宇宙的起源和終結的理論,目前都是基於廣義相對論。廣義相對論的方程組有一些解,每一個解都對應著一種可能宇宙最終形態。當然,暗物質和暗能量的存在對求解廣義相對論有很大的影響。
關於宇宙的終結,比較常見的有以下的理論:
熱寂理論
基於現有的理論,宇宙的最終命運取決於宇宙的質量密度(單位體積下的質量)。根據現在對宇宙膨脹速率和宇宙質量密度的測量,宇宙比較有可能持續膨脹並最終進入「熱寂」狀態。
所謂熱寂,就是宇宙持續膨脹,並最終漸進地趨向於絕對零度的情況。所有的恆星都消耗完能量,停止發光,整個宇宙越來越暗;逐漸地,黑洞開始不斷形成,主宰了宇宙;再往後,隨著黑洞不斷放出霍金輻射,連黑洞也逐漸消失。最終,整個宇宙達到最大熵的狀態,所有的物質都均勻分布在宇宙中。至此,宇宙變得單調而平靜,喪失掉一切活力。
大撕裂理論
大撕裂理論來自於對宇宙暗能量的假設。一般認為暗能量密度是不變的,但有人假設暗能量密度隨時間而增加,導致宇宙加速膨脹,同時哈勃常數也在不斷增加。最終暗能量產生的拉扯力大於萬有引力產生的吸引力,宇宙中的所有物質都被撕裂為基本粒子和光子。
宇宙的最終結局就是宇宙的每個地方都是奇點,因為任何一處的暗能量密度都是無窮大。
大收縮理論
這個理論認為,宇宙的質量密度可以阻止宇宙繼續膨脹,從而導致收縮,最終收縮成為一個沒有時空維度的奇點。在奇點形成之後,宇宙可能又開始一次大爆炸,就如同形成我們現有宇宙的那個大爆炸一樣。這個理論中,宇宙就在大爆炸和大收縮中循環往複。
雖然最近的實驗觀測並不傾向於這種理論,但是並沒有直接的證據說明並不會出現這種情況。
偽真空理論
這個理論挺有意思,算是腦洞大開。
它認為我們宇宙的真空並不是實際的真空,而是偽真空。這句話很難理解,我要解釋詳細一下。首先,物理學中所說的真空是指能量的最低態(基態)。打個比較,如果有一個樓房,它的第一層就是真空,因為在這一層的物體的能量最低,處於更高的樓層的物體會有重力勢能,能量不是最低態。
真空坍縮理論就認為,我們現在的真空不是處於空間的最低能量態(就好比宇宙在二樓),因此現在的宇宙的真空有可能隧穿到更低的能量態,也就是真正的真空。這一個過程可能會極大地改變了宇宙的物理常數,從而影響到整個宇宙的物質,能量,以及時空性質。 如果發生了真空隧穿,宇宙規律已經極大地改變了,我們無法知道宇宙未來的終極命運。
我只能說,這個理論太有想像力,和平行宇宙理論有得一拼。
總結
上面雖然給出了宇宙的可能的終極命運,但是這些仍然是基於現有物理規律的推論,而現有物理規律到底是否適合那麼大的時間尺度,都是未知數。
而且,我們對暗物質,暗能量都了解太少,而他們卻占整個宇宙的95%以上。我們對宇宙的最終命運的認識,很有可能隨著對暗物質和暗能量的理解而發生巨大的改變。
宇宙太大太廣闊,人類就如同宇宙的一道閃光,在宇宙的某個角閃現一下之後就消失在浩瀚的星空中。
人類的存在雖然短暫,但是我們依然有能力去思考整個宇宙的命運,確實是一件偉大的事。
參考:
【1】Future +250
【2】Formation and evolution of the Solar System
【3】Ultimate fate of the universeend
【4】end
維基百科上……真的已經有相關詞條了……而且說的蠻詳細的……
Ultimate fate of the universe目前所有的理論都預測了宇宙的死亡,區別只是怎麼死。相比大撕裂,大收縮那種鳳凰涅槃式的死亡還好點。
即使沒有大撕裂、大收縮,你以為宇宙就能活下去了嗎?大錯特錯。最讓人感到絕望的是一個毫無生機的宇宙。而理論上,這真的有可能。
根據一些大統一理論,質子是有可能衰變的,只是它的壽命實在太長,實驗中難以測量而已。質子是重子世界的基石,沒有了質子就不會有原子核,更不會有我們現在的地球。當宇宙中所有的質子都衰變掉的時候,就算宇宙本身沒有毀滅,但一個冷冰冰的、毫無生機的宇宙,它的存在又有什麼意義呢?
龐加萊回歸
有人已經貼出來了 ultimate fate of the universe 詞條了,應該算是目前能看到的、對現行理論比較全面的總結了。
其中,相比熱寂這樣的結局,我覺得 大撕裂 是最可怕的。我就說說我自己對 大撕裂 的理解,可能並不準確:
大家都知道觀測表明宇宙空間是膨脹的。這個膨脹是沒有中心的,表現為站在宇宙的任何一點,都會看到周圍的物體在離我們遠去。直觀地打個比方,就好像站在一個不斷膨脹的氣球的表面,會覺得周圍(相對於氣球靜止)的物體都在遠離。而且越遠的地方,遠離得越快。這是因為,如果氣球的大圓周長在單位時間內增加了 10%,那麼原來相距1米的兩個物體現在相距1.1米,變遠了0.1米,而原來相距2米的兩個物體現在就會相距2.2米,變遠了0.2米——看上去,遠離的速度是前面那個例子的兩倍。
也就是說,如果要以氣球表面物體遠離的速度來衡量膨脹的速度,需要考慮的不僅僅是物體之間的相對速度,還要考慮距離。衡量宇宙的膨脹速度是同樣的道理。而宇宙膨脹的速度,按照目前的觀測,大約是 70千米/秒 每 百萬秒差距,也就是哈勃常數。其中秒差距是一個長度單位,約等於 3.08568×10^16米。用簡單的話講,相距百萬秒差距 (大約3×10^22米) 的兩個物體,由於宇宙空間膨脹而互相遠離的速度可以達到大約 70千米/秒。
空間膨脹的速度並不像物體運動的速度那樣有光速的限制。事實上,在遙遠的宇宙深處,由於宇宙的膨脹,有一些星體正以超過光速的速度遠離我們。(注意一些星體雖然以超過光速的速度遠離,但他們在宇宙誕生初期發出的光仍然能被我們接收到,也就是可觀測宇宙的大小大於以哈勃常數反推的視界邊界。)一個結果就是:我們跟這些以超光速遠離我們的星體之間無法進行任何的相互作用,因為(已知的)相互作用傳遞速度都受到光速限制。
那麼宇宙膨脹的速度到底有多快呢?換算成我們常見的距離,兩個相距一米的物體,由於宇宙空間膨脹而遠離的速度大約是 2.3×10^-18 米/秒。這個速度實在是太小了,以這個速度移動一秒的距離比(猜測中的)質子半徑還小,不是我們肉眼能夠看見的。
但是,如果宇宙膨脹的速度是越來越快的,那麼也許有一天,我們能夠用肉眼看到,一米之外,本來應該靜止的物體正在慢慢地遠離我們!
假定這個時候宇宙膨脹速度是 0.01 m/s / m,也就是說一米外的物體(由於宇宙膨脹的效應)以1厘米每秒的速度遠離我們,會怎麼樣呢?簡單算一下就知道,這時,月球(大約四十萬公里之外)會以 4000km/s 的速度遠離我們,而太陽遠離的速度則會達到數倍於光速!由於引力也是以光速傳播的,所以這時,我們已經根本感受不到太陽的引力了,而靠太陽的引力『帶起來』的太陽系,恐怕早已分崩離析了!
如果膨脹速度繼續增長呢?比如,增長到 3×10^8m/s / m 呢?這時,一米外的物體將會以光速遠離我們!這意味著一個直立的、身高一米以上的人連自己的腳趾頭都看不到了——不但如此,因為相距一米以上的物體之間已經無法發生任何相互作用,尺度一米以上的物體,包括人,都已經無法作為一個整體存在,更不可能還活著了。
繼續加速膨脹,如果達到了 3×10^8m/s / 5×10^-11m,也就是 6×10^18 m/s / m,連氫原子都無法存在了,因為它的原子核和電子將互相以超過光速的速度遠離,再也無法結合為穩定的原子了!
這就是大撕裂:宇宙空間的急速膨脹最終將一切結構——大到星系,小到原子核——中的相互作用力一一切斷。對每個尚且存在的基本粒子來說,整個可觀測宇宙就只有它身邊極小的範圍,其中沒有任何其他粒子可以與之發生相互作用。這是終極的孤獨——整個可觀測宇宙就只有一個粒子!
相比之下,熱寂是不是也沒那麼可怕了?
我覺得這個宇宙是一個單向的旅程,是連珠炮中一朵煙花的盛開,熄滅後這個宇宙就死亡了。然而連珠炮還在,可能連珠炮的裡面還有好幾發煙花彈,後面還能再一次次發射,重新構建一個個新宇宙。
現有宇宙大爆炸的假設是奇點被無限高溫高壓壓爆了,所有物質一滴不剩地全噴出去了,噴到哪裡哪裡就是宇宙的邊界,隨著慣性膨脹或者暗物質導致的加速膨脹,宇宙在不停長大。然而我覺得大爆炸未必會把所有東西都噴出去,很可能只噴出了很少量的東西,這少量的東西就構成了今天的宇宙,而奇點依然還穩穩地存在於某處,在宇宙的深處中間,或者在宇宙的最邊緣喇叭口那裡。
舉個例子,把一個鐵球放在密閉容器里加壓,隨著壓力越來越大,鐵球溫度不斷升高,等溫度高到幾百上千度了就會發出亮眼的光線,還有零星火花冒出來,這就等於奇點「大爆炸」了,其實鐵球沒噴出多少東西來。這種噴發就帶走了鐵球積蓄的能量,使鐵球能量降低,就像常壓下燒開的水不停沸騰冒氣,劇烈的蒸髮帶走熱量,使水溫穩定在100度而不再繼續升高。所以,宇宙熱寂了,我們都完了,但宇宙的母親還健在。
最喜歡宇宙變成黑洞,最終重新形成奇點的大收縮理論,宇宙在反覆的大爆炸中輪迴,讓人相信有宿命和前世今生
雖然目前這種理論的可能性較低,但我還是發自內心地希望這是真的
宇宙是按億年計算時間,按照光年計算距離。
我們一世不足百年,我覺得吧~社會分工這麼明確,就讓別人去想這個問題吧。
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