地球的外面是浩瀚的宇宙,那麼這個宇宙是如何來的?現代科學普遍的觀點是起源於138億年前的奇點大爆炸。一個時空奇點發生了大爆炸,通過不斷的膨脹演化成為了現在的宇宙,這的確在很多人看來是不可思議的事情。
對於宇宙的起源來源於奇點大爆炸,目前還沒有足夠的證據。而宇宙的不斷膨脹卻是能夠找到證據的,因為科學家通過天文望遠鏡的觀測發現,星系正在不斷遠離我們,離地球越遠的星系,遠離我們的速度也越快。
這是宇宙膨脹最有力的觀測證據,而宇宙的膨脹又讓我們不得不思考另外一個問題,那就是宇宙的外面會有什麼?可能有人回答:宇宙沒有外面之說。可是這種認知很明顯沒有得到許多人們的認可。
我們都知道,一個氣球想要不斷膨脹,除了要往裡面不斷吹氣之外,更重要的是外面要有足夠它膨脹的空間才行。宇宙也是如此,如果外面沒有空間,那宇宙是如何保持了138億年的膨脹?而且根據目前的觀測發現,宇宙有的膨脹正在加速。
同時,宇宙的加速膨脹也讓很多人擔憂,未來的宇宙有可能會停止膨脹,然後走向毀滅。那麼宇宙會停止膨脹嗎?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。
所以,時空奇點中蘊含的巨大能量其實也是屬於物質,只不過是以能量的狀態存在。當大爆炸發生之後,在短暫的10^-6S內,這些能量轉化為電子,夸克和光子。之所以會有這種轉化,其實是因為溫度在隨著宇宙急劇膨脹而不斷降低。
夸克出現之後在強力作用下形成了中子和質子,隨著宇宙溫度的繼續下降,質子和質子以及中子結合,形成了氫和氦以及微量的鋰原子核。這一個能量轉化粒子的過程是非常短的,而在這個過程中,宇宙的溫度仍然非常高,光子還無法擺脫出來。
直到38萬年後,宇宙繼續膨脹,溫度也降到了一個比較低的程度。這個時候,光子才被解放出來,開始在宇宙四處亂竄,而降低的溫度也讓電子被原子核捕獲,真正的物質開始形成。
這個時候的宇宙,氫佔到了絕大多數,如此多的氫是如何轉化為更重的元素?這裡我們不得不提到宇宙演化過程中最大的功臣,那就是恆星。恆星是氫元素聚集到一定程度之後,引發內部核聚變而誕生的。
恆星的內部就相當於一個巨大的可控核聚變反應堆,它的作用就是不斷將氫元素轉化為氦,鐵等更重的元素。隨著恆星在宇宙大量誕生,元素物質也不斷豐富起來,而大質量恆星壽命比較短,走到盡頭之後會發生超新星爆發,在這個過程中同樣會演化出更重的元素。還有中子星的碰撞等也能夠演化出其它的一些重元素。
這就樣隨著宇宙的不斷膨脹,宇宙的演化也在快速進行,一步步形成了如今我們看到的宇宙。那麼現在的宇宙到底膨脹到什麼程度?對於這個問題我們無法給出答案,因為人類目前的觀測能力非常有限,而通過電磁波或者光子來進行的觀測,只能達到宇宙膨脹速度光速以內,光速之外的空間我們是無法觀測到的。
原因其實很簡單,當宇宙的膨脹速度越過光速之後,光子和電磁波就無法進入我們的視野,自然也就無法觀測到那裡的星空。由此,人類目前的可觀測宇宙範圍是930億光年,而這個範圍有可能只是浩瀚宇宙的冰山一角。
從大爆炸理論來看,宇宙是沒有外面的,整個宇宙都是通過大爆炸而來,時空和物質都在宇宙內,之外則是混沌。可是隨豐人類科技的不斷進步,科學家逐漸不再相信這個觀點,不少的科學家認為宇宙是有外面的,於是提出了多元宇宙論。
那麼宇宙的膨脹會有停止的一天嗎?站在科學的角度,這個世界上不存在無限的東西。宇宙的膨脹也是如此,它也不大可能一直膨脹下去,終有停止的一天。通過氣球膨脹的例子我們明白,要想讓氣球膨脹需要往裡面不斷吹氣,也就是提供能量。
同樣的道理,宇宙的想要膨脹也必然需要源源不斷的能量供應,那麼這個能量是什麼?有科學家猜想可能就是神龍不見首不見尾的神秘暗能量。暗能量在宇宙大爆炸的瞬間產生,然後在它的推動下,宇宙開始不斷膨脹。
根據1998年物理學家根據Ia型超新星觀測的結果,發現宇宙大約在60億年前就開始了加速膨脹。為什麼宇宙的膨脹會加速?是否意味著宇宙正在一步步走向終點?宇宙的加速膨脹對於我們來說未必是一個好消息,有可能是暗能量的主導發生了變化,正是加速推進宇宙的終結。
隨著宇宙的加速膨脹,整個宇宙空間有可能在未來會發生大坍縮,宇宙物質不斷被撕裂,直到最後一顆原子都被撕裂。我們用熵增定律也能夠很好地解釋宇宙的終點,隨著熵的不斷增加,整個宇宙空間會從有序變成混亂的無序,這是一個不可逆的過程。
當宇宙熵增加到最大值時,宇宙中的有效能量全部轉化為熱能,所有溫度達到熱平衡,這種狀態叫熱寂。這個時候宇宙的恆星產出將逐漸停止,壽命最長的紅矮星也會不斷消耗完燃料。宇宙將不再有恆星的存在,重新回到了完全黑暗的歲月。
最後引力波擾動,行星脫離軌道,恆星脫離軌道,只留下的黑洞沒有了物質吸收也會一步步蒸發消散。這個時候的宇宙只有光子和輕子,進入最低能狀態。而這一切的背後則是暗能量在主導著,它讓宇宙在不斷加速膨脹,讓宇宙熵值在快速增加,最後歸於虛無。
由此可見,宇宙的結局是不美好的,對於人類來說,的確不是一個好消息。當然,宇宙的壽命必然也是非常漫長的,等到宇宙停止膨脹走向終結的時候,人類有可能早已成為宇宙最強大的文明。如果那個時候我們能夠證明宇宙之外還有空間,有多元宇宙的存在,那麼即使這個宇宙將要走向毀滅,我們也可以去其它宇宙生存。
如果未來證明我們的宇宙是唯一的,宇宙之外沒有空間,也沒有多元宇宙。那等到宇宙走向終點的時候,不管人類的科技有如何的強大,也難逃終結的命運。當然,以上的這些只是們的猜測,想要證明首先我們要能夠觀測到整個宇宙範圍。
而要觀測到整個宇宙,傳統的光學等望遠鏡是無法做到的,或許只有藉助引力波探測器才有可能做到。只不過在引力波的研究探索上,人類還只是處於初級認知階段,讓它真正為我們服務還需要很長的時間。要是有了強大的引力波探測器,或許我們真有可能突破可觀測範圍,看到整個宇宙的面貌。