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宇宙會有終結嗎?哪一種結局最有可能?

時間:2019-04-27 20:43:28
  • 來源:新浪科技
  • 作者:新浪科技
  • 編輯:豆角

據livescience網站報道,數千年來,人們一直想要知道一個問題的答案,那就是:宇宙會有終結嗎?

宇宙會有終結嗎?哪一種結局最有可能?

美國詩人艾略特在描寫這個世界的終結時寫道:“不是爆炸,而是嗚咽?!钡绻阆胍玫揭粋€更加詳實的回答,你會發(fā)現(xiàn)物理學家們早就在自己的腦海中將這個問題反反復復思考了無數次,并且已經列出了幾種最有可能的結局。

美國新罕布什爾達特茅斯大學宇宙學家羅伯特·卡德維爾(Robert Caldwell)指出:“在教科書和宇宙學課堂上,我們了解到宇宙的未來存在三種不同的命運走向?!?

在其中的一種命運走向中,宇宙將永遠膨脹下去,于是其中的所有物質將最終完全解體,變成能量形式存在,宇宙在寂靜中緩慢“死去”,也就是物理學家們常說的所謂“熱寂”(heat death);或者,按照第二種命運路徑,引力將最終阻止宇宙的無限膨脹并開始反向收縮過程,最終宇宙將塌縮,產生一次“逆向大爆炸”過程,即所謂“大擠壓”(Big Crunch);除了這兩種之外,還有第三條路:宇宙中的暗能量將導致宇宙的膨脹加速,越來越快,導致無法控制的“大撕裂”(Big Rip)。

在探討宇宙的死亡之前,我們先來看一下宇宙的誕生。我們當前的認識是認為時間和空間都源自宇宙大爆炸——這是一個亞原子尺度,超高溫,超高密度的點突然爆炸性膨脹的結果。當一切開始逐漸降溫,冷卻到一定溫度的時候,粒子開始形成,并逐漸構建出宇宙中的那些較大尺度上的結構,比如星系,然后是恒星,行星,地球,還有我們,誕生了。今天大約是宇宙誕生之后137億年,但我們還不清楚宇宙還可以存在多久。

宇宙的第一種命運是“熱寂”:有一天,宇宙中所有恒星都將最終耗盡最后的能源,并先后死去,宇宙中將不再有閃耀的恒星,剩下的只是致密的恒星尸體:白矮星,中子星等等。而那些最大質量的恒星死去之后留下的則是黑洞。盡管這些黑洞并不像很多人所想象的那么“貪吃”,但只要經過足夠長的時間,宇宙中的絕大部分物質還是將會被這些黑洞吞噬。這時候,某些奇異的事情就將發(fā)生。

已故英國物理學家霍金認為,黑洞并非完全“只出不進”,而是會產生一種稱為“霍金輻射”的特殊輻射效應。這種輻射實際上會消耗一部分黑洞的質量,從而導致黑洞發(fā)生緩慢的“蒸發(fā)”。英國赫爾大學天體物理學家凱文· 平布萊特(Kevin Pimbblet)指出:在大約10的100次方年之后(對,這是一個很大很大的數字,寫出來大概就是1后面跟著100個0),宇宙中所有的黑洞都將蒸發(fā)消失。此時的宇宙將變得一無所有,剩下的只有虛空中的能量。

與之相反,如果按照“大擠壓”理論給出的未來前景,恒星和星系之間的引力作用有朝一日將開始拉拽整個宇宙,使其開始收縮。整個過程有點像是宇宙大爆炸的逆向過程,這一過程中星系群之間將逐漸相互靠近并最終合并,恒星和行星相互碰撞,融合,最終整個宇宙和它其中的一切都將回歸到一個體積無限小,密度無限大的點上——就像大爆炸發(fā)生之前那樣。

這樣的前景讓科學家們本能的覺得喜歡,因為它似乎提供了一種傳統(tǒng)意義上的對稱性。正如卡德維爾所言:“它簡單明了。就像你去野餐,然后回來,沒有帶走什么,也沒有留下什么?!?

宇宙命運的第三種,也是最后一種假說,是“大撕裂”。在這種情景下,暗能量將發(fā)揮基礎性作用。暗能量是一種具備“負引力”的存在,它會抵抗重力,并讓宇宙加速膨脹,人類目前對于暗能量的本質幾乎一無所知。

在暗能量的作用下,宇宙將加速膨脹,直到遙遠的星系變得極為遙遠,以至于它們發(fā)出的光線再也無法抵達我們的眼睛。隨著加速繼續(xù)進行,越來越近的天體都開始接連遠去,消失在視線之外——太陽系將被一堵“暗黑之墻”包圍——放眼四周,宇宙一片黑暗,就如一片暗黑的汪洋大海,沒有一絲星光。

緊隨其后的,是物體本身的解體——星系將解體,太陽系將解體,然后讓你的思維繼續(xù)下去吧——行星將被撕裂,然后是組成所有物質的原子都將被生生撕開,最終,整個宇宙將被暗能量撕開,一切都將毀滅。

哪一種結局最有可能?

看到這里,很自然的,讀者會問:那么按照目前我們的認識,以上哪一種前景是最有可能發(fā)生的呢?由于我們對暗能量幾乎還一無所知,科學家們其實目前還無法判斷究竟哪一種發(fā)生的可能性更大。但卡德維爾期待人類在觀測設備方面的進步,比如美國宇航局的“寬視野紅外巡天望遠鏡”(WFIRST),以及不久之后將要開始部署的“大型綜合巡天望遠鏡”(LSST)將幫助人類最終闡明暗能量的行為,或許這將幫助我們更好地預測宇宙的最終命運。

關于宇宙的終結,還有其他一些不那么主流的理論。在已知的物理學定律范圍內,有一種觀點認為希格斯玻色子——由粒子物理學標準模型預言,并已經在2012年由歐洲核子中心證實其存在,其作用是賦予其他粒子以質量——將毀滅這宇宙中的一切,從理論上來說,這盡管聽上去很反常,但卻的確是可能發(fā)生的。

當2012年首次被發(fā)現(xiàn)時,科學家們發(fā)現(xiàn)這種粒子的質量大約是質子的126倍。但在理論上,希格斯玻色子的這一質量數值是可以變化的。這是因為宇宙可能目前并非處于其最低能級狀態(tài)。整個宇宙可能處于所謂“不穩(wěn)定偽真空”狀態(tài)下,這是相對“真真空”而言的。如果希格斯粒子以某種方式衰變?yōu)橐环N具有更小質量的狀態(tài),那么整個宇宙都將隨之轉入一種更低能級的“真真空狀態(tài)”。

如果希格斯粒子突然之間變得質量更小了,或是其他性質發(fā)生了明顯改變,那么宇宙中的一切物質的性質都將隨之發(fā)生改變?;蛟S突然之間,電子將不再能夠圍繞質子運行了,于是原子將不復存在。相似的,光子可能將被賦予質量,于是陽光灑在我們身上,我們將感覺淋到雨一樣,不過這是“光雨”。作為生物,能在這樣的世界里存活下來嗎?不知道。

卡德維爾說:“我或許會將其稱作某種由于粒子物理環(huán)境引發(fā)的災難。它并不會直接導致宇宙的毀滅,它只是讓生命是否還能在其中生存變得十分不確定?!?

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