宇宙將如何結束?緊縮?凍結?或撕裂?

2020-08-27 寒武紀科學館

科學家們知道我們人類的家園地球將如何終結。太陽耗盡燃料,變成一顆紅矮星,體積也將不斷膨脹,直至吞噬掉最近的行星,地球將直面太陽的炙烤,最終成為一顆毫無生氣的死星,但是這是五十億年的事情。

宇宙學家通常可以看到以前的事,因為他們可以用望遠鏡檢查已經趕到地球的光以及正在路上的光,並且推測很久以前發生的事情;也可以利用遙遠的恆星和星系的運動來預測可能的未來,例如生命的枯榮,銀河系的聚散,以及宇宙的始終。

為什麼要解答這些看似杞人憂天的終極問題呢?

也許,人類是一種具有探尋自我終極意義的意識,超越平凡生活的能力,以及進入虛空解決宇宙最基本奧秘能力的物種。

被人廣為接受的宇宙起源理論告訴人們宇宙起源於大爆炸,隨之而來的是快速膨脹時期。然後,形成了物質與暗物質的基本結構,並形成恆星系,將每一顆星星裝配在各自的軌道上。目前,宇宙學家認為是遍及宇宙的暗能量以某種方式抵消了引力,從而不斷推動宇宙膨脹。

宇宙的最終命運取決於宇宙膨脹是繼續、加速還是逆轉。

大緊縮

長期以來,天體物理學家一直認為宇宙最有可能的結局是大爆炸(Big Bang)的逆轉。在我們的宇宙中,每個星系都在向我們遠離,具有明顯的擴張跡象。如果宇宙容納了足夠多的物質,包括暗物質,那麼萬有引力的結合將逐漸阻止這種膨脹,並最終導致坍塌。

隨著時間的流逝,星系、恆星,將頻繁地相互撞擊,殺死附近行星上的任何生命。在最後的時刻,隨著密度和溫度在不斷收縮的地獄中飆升,剩下的一切將在單一點處消失。

但是,暗能量可能意味著另一個宇宙正在等待重啟。因為宇宙演化的早期是由它所擁有的物質的數量決定的。在過去的數十億年中,暗能量開始佔主導地位,將宇宙推向了外部,當宇宙坍縮成一個點時,新的輪迴又開始了。

大凍結

一些科學家預測宇宙將永遠膨脹下去,這將是一個「緩慢而痛苦」的過程。

用熱力學術語來說,宇宙將達到最低溫度和最大熵的狀態。隨著宇宙一切物質之間的距離越來越遠,死亡恆星的物質將散布開來,以至於新恆星無法形成,而它們所屬的星系將逐漸停止增長。這就像所有天文學活動的窒息一樣,因為生長和繁殖的燃料變得如此分散,以至稀薄無法使用。

最終整個宇宙以日益增加的孤立性,不可阻擋的衰敗,無窮無盡的淡入黑暗為標誌而終結。

撕裂

宇宙終結的第三種方式是撕裂。如果暗能量加速擴張的速度甚至超過了目前的預期,那麼這種情況就存在。最終,膨脹宇宙的如同爆炸的氣球一般,引力無法將銀河星團保持在一起。恆星將彼此分離,像我們這樣的太陽系將沒有力量保持在一起,恆星和行星將爆炸。最後,連同原子也將被撕開,整個宇宙被撕扯為無窮無盡的基本粒子。

最新的測量結果指出宇宙可能會以凍結的方式,陷入死寂,宇宙坍塌或撕裂仍處於不確定狀態。

真空衰減

還有一種極不可能發生的宇宙末日場景是:真空衰減。由於與希格斯玻色子有關的領域的不穩定性,可能會形成「真正真空」的微小氣泡。例如,如果黑洞以錯誤的方式蒸發,可能會發生這種情況。這樣的氣泡會以光速膨脹,破壞一切,直到消除宇宙。也許,真空衰減可能已經在某個遙遠的地方開始,但是我們不會看到它的到來。

不過不用擔心,無論如何至少在2000億年的時間,宇宙都不會終結,而那時候人類還存在嗎?人類還是人類嗎?

——全文完——

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