宇宙大爆炸始於奇點,最後會不會重新坍縮回奇點?

2020-12-05 星宇飄零

能不能回到奇點這取決於宇宙膨脹的速度和宇宙的物質平均密度。

根據廣義相對論,能計算得到一個臨界密度,這臨界密度決定了整個宇宙時空的曲率,根據宇宙中物質能量的平均密度與臨界密度比較,就能確定宇宙的整體曲率。當宇宙的平均密度高於臨界密度,則時空曲率為正;當宇宙的平均密度正好等於臨界密度,則時空的曲率為零;當宇宙的平均密度小於臨界密度,則時空的曲率為負。

三種不同的時空曲率

時空曲率為正

時空曲率為正代表我們的宇宙是一個彎曲閉合的宇宙,即愛因斯坦所提出的超球面宇宙。在理想情況下,在超球面宇宙裡向某個方向發射一束光,它最終會從背後飛回來。當然,這是在理想情況下,實際上超球面宇宙的情況會複雜得多,由於物質分布的不均勻,光在超球面宇宙裡的行進路徑會不斷被各種質量天體彎曲,最終都不知道被彎到哪裡去了。這就像在地球上往一個方向走,由於地球表面凹凸不平,你一直沿著測地線走的話,路線很快就會掰彎了,一個小沙丘就足以讓你轉個方向,所以你實際上是不可能沿測地線繞地球一圈回到原點的。嗯,科普書裡說的可以回到原點都是理想情況下的。

時空曲率為正的超球面宇宙是過去一直作為標準的宇宙模型,幾乎所有的早期科普書都是以此為標準宇宙模型而加以介紹的,而這也是宇宙唯一能重新坍縮回奇點狀態的宇宙模型,因為只有在時空曲率為正的情況下,引力才能佔主導地位從而讓宇宙停止膨脹並重新收縮,並最終整個宇宙再坍縮回大爆炸奇點。

包含宇宙常數項的愛因斯坦引力場方程

時空曲率為零

時空曲率為零表示我們的宇宙在大尺度下是平直的。你可能奇怪,宇宙怎麼會是平直的呢?我們的宇宙明明存在大量的星系和各種星際物質,按照廣義相對論,物質能量會使時空產生彎曲,那時空一定是彎的啊,怎麼會變成平直了???其實這是因為我們宇宙的時空曲率除了跟物質能量有關,還跟膨脹速率有關。也就是說我們在計算宇宙的平均密度的時候,是要考慮膨脹速率這個因素的。故此,在宇宙的物質總量不變的情況下,宇宙膨脹速率越大,時空曲率越小,當宇宙膨脹速率達到一個閾值,時空大尺度就會趨於平坦,也就是宇宙的時空曲率為零了。這樣的宇宙將永恆減速膨脹,膨脹速度在引力作用下一直降低,但永不停止。

時空曲率為負

這個情況就比較特殊了,正常情況下一個能形成星系的宇宙是不應該是負曲率的,因為我們一般認為宇宙膨脹是一個減速過程,宇宙膨脹的速率會因引力作用而降低,否則星系就壓根不可能形成了。也就是說現在這樣一個能形成星系的宇宙的時空曲率是不可能為負的。然而大約在20年前,兩個研究團隊分別獨立測出宇宙在大約90億年前開始結束減速膨脹,並最終漸漸轉變為加速膨脹,今天我們的宇宙正在加速膨脹!!!這完全違反廣義相對論的理論預期,目前依然沒有找到合理解釋,為了維持廣義相對論的正確性,科學家虛構了一個稱為暗能量的玩意,認為正是這個暗能量導致了加速膨脹,然而對於暗能量是個什麼玩意科學家完全一無所知……

而正是由於加速膨脹的出現,時空的曲率很可能是負的,宇宙將一直加速膨脹下去……

三種不同時空曲率對應的宇宙命運

綜上所述

宇宙只有在時空曲率為正的情況下,也就是宇宙的平均密度超過臨界密度的情況之下,宇宙才有可能重新坍縮為一個奇點。而另外兩種情況下,宇宙都只能坍縮到兩個以上的奇點。由於後兩種情況下時空不能完全縮回奇點,最終黑洞也會在霍金輻射下消耗殆盡,所有的奇點終將消失……

相關焦點

  • 如果宇宙始於大爆炸,那麼為什麼會爆炸呢?我們要從那個奇點說起
    在我們的邏輯之中,沒有什麼會無緣無故的存在,一棟房子的存在必然始於其建設的過程,一個飾品的存在必然始於其設計的描摹。即使是生命的存在也同樣始於第一個胺基酸的合成,雖然至今為止我們還不知道這是怎麼做到的。
  • 如果宇宙由奇點大爆炸而來,那麼奇點又是如何來的?
    所謂的穩態理論就是科學家認為宇宙是一個靜止穩定的環境,可是隨著科技的不斷發展,科學家發現很多有關宇宙的謎團,用穩態理論很難做出解釋。反而是大爆炸理論能夠解釋很多的宇宙謎團,所以最後奇點大爆炸成為了科學界對宇宙起源主流的理論。
  • 宇宙會坍縮成奇點嗎?研究解釋了其中的原因
    若是如此,或許宇宙是在一個永無止境的大爆炸循環中來回跳動。在大爆炸中,所有物質從奇點膨脹而來,接著又是大坍縮。大坍縮的時候,一切的一切又被再次吞沒,形成密度無窮大的奇點。然後,萬物又始於奇點,一遍一遍如此循環往復。但是,這些理論的數學計算卻從未可以真正告訴我們,宇宙到底是循環的還是有始有終的。不過最近,一組理論物理學家利用所謂的「弦理論」,來嘗試解決早期宇宙的一些基本謎團。
  • 宇宙大爆炸中的奇點和黑洞中的奇點是一樣的嗎?
    最根本的區別就是黑洞中心奇點是處在黑洞裡的奇異時空裡,本質上它還是處在時空當中,雖然它把周圍時空彎曲得很嚴重,但並沒有把周圍整個時空卷進奇點裡。而宇宙大爆炸奇點則不同,它並非處在時空裡面,而是它本身包含了一切,除它以外,宇宙一無所有。
  • 宇宙會坍縮成奇點無限循環大爆炸嗎?物理學家給出新解釋
    如果是這樣的話,也許它一直在一個永無止境的大爆炸循環中來回彈跳,在這個循環中,所有的物質都從一個奇點中冒出來,接著是大爆炸。而在大爆炸中,所有的物質都被再次吞沒,形成那個稠密的點,宇宙從那裡再次誕生。如此循環往復。 然而,這些理論的數學從來沒有真正地解決我們宇宙是循環的,還是只有一個開始和一個結束。但最近,一組理論家利用弦理論來解決早期宇宙的一些基本謎題。
  • 宇宙會坍縮成奇點無限循環大爆炸嗎?物理學家給出新解釋
    如果是這樣的話,也許它一直在一個永無止境的大爆炸循環中來回彈跳,在這個循環中,所有的物質都從一個奇點中冒出來,接著是大爆炸。在高溫的情況下,宇宙…不斷重複。從這個角度來看,我們目前正處於「爆炸」階段,最終(以某種方式)會慢下來,停止、逆轉,並壓縮回到難以置信的高溫和高壓。然後,宇宙將(以某種方式)反彈回來,並在一個新的大爆炸階段重新點燃。問題是,很難在高溫宇宙中複製宇宙早期圖像中的斑點和斑點。
  • 宇宙是奇點發生大爆炸而產生的,這個神奇的奇點又是從哪來的呢?
    宇宙大爆炸理論是目前公認度最高的一種宇宙誕生模型,宇宙大爆炸理論認為:在137億年前,奇點發生了一場大爆炸,時間與空間由此誕生,然後宇宙開始快速膨脹,由膨脹勢能衰變而成的基本粒子在冷卻的過程中逐漸合成了各種物質,於是誕生了我們如今的宇宙,如果宇宙大爆炸理論來說,宇宙的年齡已經有137
  • 奇點大爆炸造就了宇宙,那麼奇點哪來的?
    這一理論已被大量天文觀測證據證實,並且也已經形成一個被廣泛接受的系統性理論,但是關於宇宙大爆炸奇點的形成的問題卻至今沒有解決。,當然假說也是不少的,下面就簡單一介紹一下科學家們對宇宙大爆炸奇點的來源的看法。
  • 引發宇宙大爆炸的奇點哪來的?高級文明設定還是宇宙輪迴?
    對於研究宇宙的科學家們來說,宇宙是如何誕生的,應該是很多人畢生的研究課題之一。目前,關於宇宙誕生科學界比較普遍認同的一種觀點是:大約138億年之前,一個體積無限小、質量無限大的奇點,發生大爆炸的同時宇宙也由此產生,此後宇宙一直不斷地膨脹,直到形成今日浩瀚無邊的局面。
  • 科學家:宇宙大爆炸是錯的,霍金證明奇點的數學有問題
    圖爾克曾經發表了一項研究,表明霍金用於證明奇點定理的基本數學是不正確的,必須重新研究宇宙的起源問題。 霍金在宇宙學、廣義相對論和量子引力方面都較大的貢獻,尤其是對時間和空間的終結者——黑洞,進行了理論上的豐富和完善。
  • 黑洞的奇點在達到一定程度後,會不會爆炸形成新的宇宙?
    這個問題應該很多朋友都考慮過的吧,黑洞的奇點與誕生宇宙的大爆炸源頭的起奇點,兩者的名字都是一致的,哪天黑洞吸收夠了物質就爆炸了,然後又炸出一個宇宙來?重新開始一段無比神奇的宇宙生命之旅?有這個可能嗎?我們下面來簡單討論下!
  • 宇宙大爆炸前奇點與黑洞奇點都是由物質組成的嗎?
    現在的奇點理論有兩個,一個是黑洞奇點,一個是宇宙大爆炸之前的奇點。其實這兩個奇點除了質量不同,其他的主要性質都差不多。既然這個奇點無窮小,卻包含著整個宇宙,當然也包含著你我他。很多人都覺得無法理解,認為這是科學家們隨意想像出來的東西,宇宙大爆炸理論就是一個混帳理論,不服。
  • 宇宙起源於奇點大爆炸,那宇宙的終局是什麼?
    根據霍金《時間簡史》的記載,宇宙起源於奇點大爆炸,28g的奇點在發生大爆炸之後,一直在膨脹,至今為止宇宙也沒有停止膨脹,可以說這場大爆炸持續膨脹了138億年。同時宇宙在膨脹的過程中逐漸釋放出能量,使得宇宙能量從一開始的高能聚集點,慢慢擴散到宇宙內部以及宇宙邊緣中去。
  • 如果宇宙最初是一個奇點,那麼奇點之前是什麼?
    宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸,這已經成為現代宇宙誕生論的標準答案,儘管也有很多的不同意見,但通過現代天文觀測,大爆炸論能被證實的證據是比較充分的,當然我們今天不糾結大爆炸論的來歷,而是大爆炸的奇點,都說宇宙誕生於大爆炸,那麼請問奇點之前又是怎麼樣的世界呢?
  • 138億年前的宇宙長啥樣?嬰兒宇宙出現逆生長,奇點不僅有一個
    為什麼會出現,而138億年前的宇宙又會是怎樣的一副場景。我們用肉眼感受到星空是沒有什麼變化的,但是實際山暗藏了很多奧秘,如黑暗之中的遙遠星系正在逐步遠離我們,而且它們的光譜大都是紅移,所以像仙女座星系這樣罕見的臨近星系在不斷地靠近銀河系。而遙遠星系的退行速度與距離是成正比關係的,這也就是著名的哈勃定律,是哈勃在1929年發現的。
  • 黑洞奇點和宇宙大爆炸奇點有什麼不同?宇宙奇點的來源或也是黑洞
    根據宇宙大爆炸學說,我們的宇宙最初就誕生於一個奇點;而根據現在的黑洞理論學說,也認為在黑洞的中心有一個奇點,那麼誕生宇宙的奇點和黑洞中的奇點,又有什麼相同和不同之處呢?黑洞的奇點是黑洞中的物質匯聚點,它被認為是體積無限小而密度無限大,它的產生是由於黑洞的產生才形成的;而宇宙大爆炸的奇點也被認為是宇宙中物質能量最初的匯集之處,也可以認為它是體積無限小和密度無限大,所以黑洞的奇點和宇宙誕生的奇點說起來也是很相似的。
  • 黑洞中有個奇點,宇宙起源也是奇點,那麼黑洞是宇宙的起源嗎?
    這預示著那裡的星光永遠也到達不了我們這裡,因此,可觀測宇宙以外的世界我們可能永遠也無法看到或者了解到。所以宇宙大爆炸那一刻,就包含了這三個宇宙範圍,這個奇點的能量,是一個黑洞無法比擬的。而且,這兩個奇點的誕生根源和方式是不一樣的。
  • 宇宙大爆炸之後,奇點去哪了?
    宇宙之大,並非我們眼前所見。宇宙可視範圍達到了930億光年,宇宙的盡頭不可能就到此為止。宇宙的誕生起源於一個奇點,在135億年前奇點的大爆炸,從而產生了宇宙。那幾天有一個問題產生了:奇點爆炸之後到哪裡去了?消失了嗎?
  • 奇點爆炸產生宇宙,奇點為什麼會爆炸?奇點中的物質又是哪來的?
    當我們看到一個果實,我們會追問它的由來,於是我們發現了種子,了解了植物生長的奧秘。我們看到自己,又會追問自身的出處,於是開始研究生命的進化歷程,最終我們弄清了所有生命形式都起源於一個單細胞生命,而繼續追根溯源,我們又發現單細胞生命是由複雜化合物通過某種特定的方式組合而成的,而複雜化合物又是由簡單化合物生成的,就這樣不斷向前追溯,我們不僅了解了自身的出處,也弄清了所有生命的由來。
  • 宇宙很大而奇點很小,小點如何變為宇宙?奇點到底有多小?
    宇宙並不是從一開始就在這裡的,也並不是恆存永續的。包括宇宙本身在內,沒有什麼是恆存永續的,所以宇宙也有一個開始,未來也會有一個結束。宇宙開始於何處?大爆炸,宇宙大爆炸。據此,我們可以得出這樣一個結論,不能確定宇宙大爆炸就是宇宙真正的起源,但迄今為止沒有任何關於宇宙起源的理論的可信度與事實證據可以超越宇宙大爆炸,所以我們完全可以說宇宙很可能就是起源於一次爆炸,而在爆炸之前,沒有時間,沒有空間,也沒有物質,只有一個點,奇點。通常認為宇宙的前身就是一個奇點。