宇宙時空膨脹到最後是否連分子、原子、基本粒子也因膨脹而解體消失?

2021-01-07 每日科技網

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  按照現代宇宙論,宇宙膨脹只有在一種情況下才會最終出現分子、原子的解體,這叫「大撕裂」。這種情況是「宇宙加速膨脹十分強」。但是,這種情況是否會發生,膨脹理論是否真的正確,都是要進一步檢驗的。

  目前來說,宇宙在加速膨脹,而這種加速膨脹能維持多久,是否會一直膨脹下去,我們不知道。但是有幾件事情要明確:如果宇宙的加速膨脹不停止,那麼大撕裂就有可能發生;如果加速膨脹會停止,那麼宇宙可能是勻速膨脹或者減速膨脹。勻速膨脹是「乏味的」,但是卻是我們希望的一種情況。因為減速膨脹並且持續下去,那麼宇宙可能會收縮,收縮會導致另一種可怕的結果:「大擠壓」。大擠壓會讓宇宙回到奇點狀態。

  宇宙的未來是什麼?史蒂芬·霍金曾經做過一個「穩贏不輸」的預言:既可能會這樣又可能會那樣。但是,無論霍金怎麼預言,他都是基於廣義相對論宇宙論,如果廣義相對論宇宙論不對呢?那麼霍金的預言就毫無意義。雖然說這種「兩頭下注」的預言也是很平庸的,但是至少它是基於廣義相對論預言的。如果廣義相對論失效了,那麼宇宙未來或許就有別的可能,比如說分裂成多個宇宙。當然,對此我們不得而知。

  這裡我放下多重宇宙不提,單說廣義相對論宇宙論。廣義相對論宇宙論認為宇宙的平均密度如果在臨界密度之下,那麼宇宙就是減速膨脹,然後出現「大擠壓」;如果宇宙平均密度等於或者大於臨界密度,那麼宇宙也是減速膨脹,但是卻不會出現「大擠壓」。進一步來說,在僅僅只考慮一般廣義相對論(不含有宇宙學常數)情況下,宇宙是不會出現「大撕裂」。但是1998年,天文觀測發現宇宙正在加速膨脹。這就意味著存在能引起「反引力」的機制,現代宇宙學稱之為「暗能量」。暗能量讓宇宙加速膨脹。如果加速膨脹不停止,那麼大撕裂就有可能出現。暗能量在廣義相對論裡可能和愛因斯坦引入的宇宙學常數——也就是含有宇宙學常數的廣義相對論——有關,如果是宇宙學常數就是暗能量的原因,那麼為什麼小尺度範圍沒有受到暗能量的影響呢?為什麼非要是大尺度宇宙觀測才會發現暗能量效應呢?這算是宇宙的未解之謎吧。

相關焦點

  • 時空膨脹的量子化
    從時空的微觀結構、或時空的量子屬性來尋找宇宙大膨脹、或宇宙大爆炸的證據,這相當於提出時空膨脹、或時空收縮的量子化問題。「量子泡沫」是一種虛擬粒子的集合,無數的虛擬粒子在量子時空場「忽進忽出」,形成瞬間產生、瞬間消失的量子漲落,量子時空結構的波動現象就像啤酒泡沫中的泡泡,時空的「量子氣泡」顯示在量子力學定義的「普朗克尺度」中,它們比原子核的尺寸小了千萬億倍,我們不能以現有的量子技術探測它們的存在。
  • 大爆炸密碼:宇宙膨脹之超光速之謎
    引言:光是時空的波動,即弦網密度波。當光臨近宇宙邊界時,弦網密度發生變化,如同直達高空的聲波達到地球外大氣層那樣,隨著弦網密度越來越小,光最後真正的消失,也不會「穿出」宇宙。這種時空猜想的科學家們給時空的基本單元起了一個名稱「時空原子」,我認為可能就是原本虛無真空中的「量子比特」。新生粒子的量子比特繼續與虛無中的其他量子比特糾纏,不斷擴張,這個過程就是時空誕生的過程。隨著更多量子比特之間糾纏,時空的三維結構也就生成了,並且形成了糾纏的時空網,宇宙誕生了。
  • 如果宇宙在膨脹,我們也在膨脹嗎?
    如果宇宙正在膨脹,那麼這對於其中的物體意味著什麼? 星系正在膨脹嗎? 那麼恆星、行星、人類甚至原子本身呢?宇宙不再局限於靜態,它可以根據其中的內容進行膨脹或收縮。物質和能量告訴時空如何彎曲,而彎曲的時空決定了物質和能量的移動方式。
  • 空間膨脹是如何讓物質粒子失去能量的?這對形成星系非常重要
    ——法國著名劇作家,莫裡哀大爆炸理論認為,隨著時空的膨脹,宇宙一直在冷卻,這中間包括光的波長會被拉長並損失能量。這沒有問題,輻射粒子可以損失能量,但是你有沒有考慮過物質粒子呢?宇宙早期的物質粒子也同樣擁有極高的動能,粒子的快速運動可以表現出極高的能量(溫度),那麼物質粒子是怎樣冷卻的?時空膨脹對物質粒子有什麼影響?
  • 宇宙仍在持續膨脹?都卜勒效應可以為證?
    宇宙到底有多大?突然被問到這問題,想必一下子很難回答清楚吧。宇宙似乎不像普通的事物一樣有個大小的限度,而是一直處於膨脹之中。這就是所謂的宇宙宇宙膨脹說。但是,宇宙真的在膨脹嗎?有什麼證據嗎?十萬分之一秒後,宇宙在膨脹的同時溫度逐漸下降,電子、正電子、夸克、光子等基本粒子開始產生。三分鐘後,基本粒子互相結合,原子核形成。30萬年後,宇宙溫度進一步下降,原子開始形成,自由電子數量減少,光可以從宇宙中透出,宇宙開始變亮。10億年後,物質因引力作用聚集在一起,開始形成原星系和星系團。
  • 新光學原理:宇宙膨脹的超光速之謎丨Web3時代猜想
    光是時空的波動,即弦網密度波。當光臨近宇宙邊界時,弦網密度發生變化,如同直達高空的聲波達到地球外大氣層那樣,隨著弦網密度越來越小,光最後真正的消失,也不會「穿出」宇宙。如果真的是這個猜想的話,那麼宇宙之外不存在「時空」,或者我們這個宇宙和其他宇宙之間不存在「時空」。
  • 「暗物質」就是時空?它是宇宙超光速加速膨脹的真正原因!
    我們人類甚至通過實驗肉眼直接觀測到了它的存在!宇宙大爆炸理論自從誕生開始,它的科學性已經令天文學家們不得不信服!天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)對遙遠星系光線特徵進行研究發現,離我們越遠的星系的顏色越稍偏紅些,而最後他認為是宇宙正在膨脹引起光波變長所導致!
  • 《宇宙學》常樸子:宇宙為什麼膨脹?
    「當愛因斯坦寫下著名的廣義相對論方程,天才的大腦馬上意識到,在他的理論中,宇宙的時空有兩種歸宿,其中一種是收縮、坍塌。愛因斯坦當然無法接受宇宙這種自我毀滅的命運,於是,他試圖修改他的方程,以使得宇宙時空保持靜態。為此,他在方程裡加入了一項「宇宙學常數」。簡言之,宇宙學常數,即真空能,可以提供一種有效斥力,用於抵消引力作用,防止宇宙坍塌。」「然而,命運與愛因斯坦開了一個不大不小的玩笑。
  • 宇宙在加速膨脹,會有停止的一天嗎?最後的結局會如何?
    要揭開這些謎團,首先我們先要來了解一下宇宙從時空奇點演化到現在的一個大體過程。138億年前,宇宙還沒有誕生,它只是一個時空奇點。而這個時空奇點則聚集了一鍋巨大的能量,當能量聚集到一定程度之後,奇點就發生了大爆炸。於是巨大的能量在瞬間被釋放出來,如果對愛因斯坦的質能方程式有所了解的朋友應該明白,能量和物質只是質量的兩種表現形式,它們二者沒有本質的區別,是可以相互轉化的。
  • 宇宙之初:大膨脹②宇宙膨脹時是什麼樣的?
    宇宙充滿了物質和能量,我們通過各種方式對其進行了觀測。原子在引力的作用下,經過數十億年,凝聚成片成團,逐步演變為行星,恆星,氣體雲,單個星系,星系團等,它們構成了如今這個巨大的宇宙網絡——我們稱之為「可觀測的宇宙」。自「宇宙大爆炸」發生之後,宇宙一直在膨脹和冷卻。
  • 宇宙之初:大膨脹②宇宙膨脹時是什麼樣的?
    宇宙充滿了物質和能量,我們通過各種方式對其進行了觀測。原子在引力的作用下,經過數十億年,凝聚成片成團,逐步演變為行星,恆星,氣體雲,單個星系,星系團等,它們構成了如今這個巨大的宇宙網絡——我們稱之為「可觀測的宇宙」。自「宇宙大爆炸」發生之後,宇宙一直在膨脹和冷卻。但是大爆炸並不是宇宙的開始。
  • 宇宙膨脹,到底是什麼東西在膨脹?
    2、宇宙的歷史如果非常粗略的劃分,我們今天了解的宇宙可以分為三個階段:第一階段是宇宙的創生。大概是138億年前,發生宇宙大爆炸。宇宙大爆炸是一個非常劇烈的時空膨脹過程,並且是一個加速膨脹過程。第二階段是宇宙的中期。這個階段是減速膨脹,因為宇宙裡充滿了物質,物質之間有萬有引力,在引力作用下,時空的膨脹是減速的。
  • 為什麼說光會隨著宇宙的膨脹而被拉伸?
    我們可以觀測到的宇宙始於大爆炸,這句話已經是描述宇宙最基本的設定了!而宇宙在過去就表現的更熱、更密集、更緊湊、膨脹得更快。然而今天的宇宙仍然在膨脹,沒有引力束縛的一切在未來都將無限的膨脹下去。我們可以簡單的想像一下:今天的宇宙可以當作一個有限體積的球體,所有的物質和能量都包裹在裡面。如果我們回溯到過去,同樣數量的粒子會被封閉在一個更小的球體中。
  • 科學家警告神秘的空間異常可能撕裂宇宙,加速膨脹的宇宙或將毀滅
    它存在的第一個觀測證據來自對超新星的「測量」,數據顯示宇宙並沒有以恆定的速度膨脹,相反,它正在加速膨脹。對宇宙微波背景的測量表明,宇宙起源於一次熱的大爆炸,廣義相對論以此來解釋宇宙的演化,但在沒有引入一種新的能量形式的情況下,我們無法解釋如何測量加速膨脹的宇宙。
  • 千萬不要小看自己,你才是宇宙大膨脹的中心!
    然而,我們仍然可以認為自己才是宇宙膨脹的中心,因為從你的視角來看,宇宙中所有物質都在不斷離你遠去;如果你能熬到最後而不解體,你的身邊最終將空無一物,連一點光都看不到。 氣球表面的運動源於表面的拉伸,而不是氣球內部的膨脹,同樣宇宙的膨脹也源於宇宙「表面」的拉伸,而不是「內部」的爆炸,只是這裡的表面並不是氣球那樣的平面,而是三維的空間了。 氣球表面的膨脹靠吹入內部的空氣推動,宇宙空間的膨脹靠注入內部的暗能量推動。
  • 宇宙終結的盡頭,最後連時間都失去了意義……
    宇宙的膨脹速度越來越快,甚至超過光速,到那時,星系和恆星將以超光速向外飛馳以致於再也捕捉不到它們發出的光,宇宙的秘密將再也無法解開。現在理論猜測原子會發生衰變導致宇宙間所有物質的毀滅。質子,構成原子的主要成分,有可能自發地開始分解,所有避開黑洞的物質最終都會因為質子分解而消失。
  • 二向箔毀滅宇宙的速度有宇宙膨脹的速度快嗎?
    比如二維世界從理論上是沒有厚度的一個產物,如果讓一個東西真正的二維化,就連一個原子也會變得無限大。什麼是無限,理論上宇宙也不是無限的,是有邊有際有始有終的。而一個原子攤薄到沒有厚度,就會無限延伸,宇宙也無法包容。
  • 宇宙穩恆膨脹理論:宇宙正以近2倍光速膨脹,宇宙中心為一巨大的太極球天體
    至此,我們發現所有極限粒子及由極限粒子所構成的物質都具備分解或集合極限粒子的功能,並由此而導致空間收縮和膨脹,從而形成物質運動。由此,我們似乎意識到宇宙的收縮和膨脹應該基本接近,其實完全不然。極限粒子有一個極為重要的性能特性——當量完全相同而性能質量相反的極限粒子接觸後造成「湮滅」。由於這個原因及宇宙初始分布的各向同性和均勻性,宇宙在大爆炸初期造成了極為普遍的「湮滅」現象。
  • 從粒子到宇宙,從膨脹到坍縮,宇宙或許逃脫不了輪迴的命運
    最近一項使用環量子宇宙學理論的新研究解釋兩個宇宙學的主要謎團。環量子宇宙學是一種利用量子力學將引力物理學擴展到愛因斯坦的廣義相對論理論之外的理論,試圖將廣義相對論的原理與量子力學的原理有機地結合起來,其核心思想在於構建一個不依賴於時空背景的量子引力理論。
  • 宇宙在膨脹,人們是怎麼發現的?-虎嗅網
    度規是廣義相對論的基本幾何量和物理量,確定度規,就確定了時空的曲率、距離、夾角、面積等一切幾何性質,所以廣義相對論的主要研究都集中在確定和研討時空的度規上[1],場方程實質上給科學家們提供了一個平臺,大家通過不同的物質分布,去解場方程,得到不同的度規,從而了解不同物質分布下時空的幾何性質。