在網上總會看到銀河系與仙女座星系未來30億年後將發生碰撞的信息。通常在介紹完這個信息之後,不免杞人憂天地闡述一下各種有關人類命運的聯想。
仙女座星系未來撞向銀河系已是不爭的事實。仙女座星系距離我們250萬光年,其正在以每秒110公裡的速度撞向我們。但是宇宙還在膨脹,其可以延遲碰撞的時間。但是根據宇宙膨脹來算,仙女座星系與銀河系之間空間的膨脹導致的退行速度僅為54km/s,其引力導致的吸引速度為110km/s,其淨值還有50多公裡每秒的速度。
另一種介紹
仙女星系和銀河系同處於本星系群,算上暗物質的話,仙女星系質量小於銀河系,直徑至少是銀河系的1.6倍。 仙女星系是本星系群中最大的星系,正以每秒300公裡的速度朝向銀河系運動,在30-40億年後可能會撞上銀河系,最後併合成橢圓星系。
這到底是科普還是唯心末世論呢?筆者的觀點是打著科普幌子的末世論。
在西方的宗教文化底蘊中,末世論是一種試圖警醒世人的思想。
西方物理界,也不免受到這種文化底蘊的影響。也喜歡唯心地預測各種故事的結局。因此,早就給地球、太陽幾十億年以後的事情安排了。50億年以後,太陽因能量衰竭,將劇烈膨脹,摧毀地球。反正總的結果就是這日子到時候就沒法過了。覺得這還不過癮,那麼30億年後,銀河系、仙女座星系發生交通事故,這事夠大了吧?不用等太陽膨脹了。這實際是一種唯心泛神論的思潮,而且文化底蘊影響了物理的理性邏輯和理性表達方式。
從網絡上的傳說來看,霍金晚年不再致力於物理研究,而是典型的末世論倡導者,不過他給末世論換了版,整天勸我們趕緊離開地球,也不考慮差旅費的問題。
受末世論的影響,中國也產生了《流浪地球》這樣的科幻大片。實際上,如果人類已經有能力、有能量驅動地球了,基於這樣的能力和能量控制技術,人類早就足夠把星際旅行當戶外遊了,還用如此折騰嗎?
5000年的文化發展,人類的衛星就已經可以飛過冥王星了。5萬年以後的文明就已經是現在不可想像、不可思議的了。30億、50億年以後,只有想不到的。
這是某個或者某群物理學家的一個物理假說意義的觀點,而且是基於一個並不完善的數理模型推衍的假說觀點。
這是最簡單的二維化數理思路,由於引力的影響,兩個星系線速度又有些矢量對立,那麼早晚就撞上。
而對於最簡單的N體問題--兩體問題而言,其中一種形成穩定運動結構的方式就如冥王星、卡戎星的雙星結構。兩個引力體運動方向出現對立的結果,並不是必須要撞上。
銀河系與仙女座星系同屬本星系群,而且是本星系群中最大的兩個主要星系,這兩個星系的引力中心形成「雙星」結構更合理一些。
現代估計銀河系的年齡不會低於122±8億歲。這麼久未發生碰撞,那麼為何以後要必須碰上?
銀河系與仙女座星系形成的雙體系統
也就是如圖,銀河系與仙女座星系形成雙體結構更合理一些。否則在以前的百億年的生涯裡,交通事故早發生了。
當然,這也僅僅是筆者的一個數理觀點。想驗證,可以啊。但是,不能著急,再有個30億年就可以。
筆者的思路,比這種思路僅僅多了一個思考維度。給兩個星系如何不碰上找到一個N體運動的實實在在的理由。
天文學總是以觀測到遠方的碰撞來證明自己的眼神好,實際這恰恰說明是眼神不濟的問題。因為碰撞後,亮度、能量釋放大幅度提高,這才容易看見。
大尺度的普遍紅移現象說明,不碰撞是星系級別的主要特徵,大概率事件。而碰撞通常僅僅是特殊性的小概率事件。
同時,無論是氣球狀的總時空還是螺旋狀的總時空,星系通常會在各自的軌道上運行,壽命越長的星系引力場交叉的概率會越小。超過幾十億光年的「長城」這種級別的星繫結構,已經是絲狀的結構,星系想碰都碰不上了。僅僅是銀河系還略顯得年輕一些,星系間的距離尺度要小一些而已。
因此,星系之間是大概率碰不上的。
當一個星系壽命結束,發生彌散性的擴散,或者由於N體穩定結構意外被另外一個引力中心--例如黑洞打破,那麼,就會導致部分星體相對無序的運動結果,一些星體被高速變軌拋出。但是這種事件導致的碰撞,通常不會是星系級別的,而是星體級別的。
至今為止,尚未在本星系群中發現黑洞級別星體運動的跡象,那麼,星系保持原有運動規律是大概率事件。
銀河系與仙女座星系會發生碰撞的模型,是假設這倆星系不是雙體結構,同時沒有外引力場影響前提下的模型。也就是沒考慮直徑2億光年的本星系群最直接的上級星團--室女座超星系團的引力場影響因素。
室女座超星系團的形狀被比喻為類似平底鍋上的薄餅,也就是整體上是如銀河系一樣的螺旋星繫結構。
那麼在這個體系中,本星系群是室女座超星系團旋臂上的一個星群;而在本星系群中的銀河系、仙女座星系也在這個旋臂上的星群裡整體運行。
基於銀河系內部的星體由於旋臂運動因素,旋臂外側的星體未被發現碰撞事件。因為隨著時間推移,各星體在逐漸擴散,碰撞概率反倒減小。
那麼一百多億歲的銀河系,在室女座超星系團中,也算資格老的,在旋臂外側一些的。星系間的總體距離是在遠離的。如果連續的觀察幾十年,發現仙女星座有靠近跡象,這就說明會碰撞嗎?依然不一定。
兩個質量一致的質點會形成圓形的雙體運動結構,兩個質量不同的雙體運動結構是橢圓形的,且有靠近點和遠離點。
而銀河系的質量比仙女座星系大一半,那麼這個雙體運動結構是橢圓形的。這幾十年靠近一些,正趕上仙女座星系奔向靠近點而已。
基於以上因素,僅僅多考慮兩個影響因素以後,銀河系與仙女座星系未來所謂的碰撞,理論上就不會發生了。借著這個幌子講末世論,也就不成立了。