终有一天,宇宙将会走向终点,但这一结局是如何,何时发生呢?宇宙是否将永沉寂灭?我们又如何得知这些信息?
首先,我们得知宇宙正在膨胀,且膨胀速度正在加快,这背后的推手是暗能量。这种能量异常神秘,科学家们相信它遍布于宇宙每个角落。直至1998年,科学家们还以为宇宙的运作类似向上抛出的球,达到一定高度后会下落。然而,宇宙的膨胀在加速,就像抛出的球以越来越快的速度远离,而推动其加速的力量来自何方?我们无从得知,便称其为暗能量。
爱因斯坦曾思考过这个问题,但最终认为这不太可能,现在天体物理学家却认为这很有可能。所有这些仅是理论,我们对暗能量的性质几乎一无所知,尽管存在诸多理论,由此衍生出三种可能的宇宙终结理论。
首先是大撕裂理论。自诞生以来,宇宙不断扩张,由于不明原因,新的空间在宇宙各处均匀形成。当星系间的空间继续扩大,它们开始分离,当然星系内部空间也持续扩张。在这时,万有引力强大到足以维持它们的整体性。
在大撕裂理论中,随着膨胀速度持续增加,一旦越过某个临界点,引力便无法维系星系的一体,从而导致大撕裂。大型结构如星系会首先解体,因为它们组成部分之间的空间扩张极快,紧接着,诸如黑洞、恒星、行星等大型物体也将死亡,它们的引力不足以保持一体,从而解体。
最终,空间的扩张速度将超过光速,连原子都将受到影响,原子键断裂。当空间扩张速度超越光速,宇宙中的粒子将无法相互影响,宇宙将分解为无数孤立的粒子,在永恒的时空中孤单漂浮。
其次是热寂或冻结理论。此理论与大撕裂不同之处在于,热寂理论中天体将保持完整,但经过无限但有限的时间,它们将转化为辐射,而宇宙将永远扩张。要了解这一过程,我们需要引入一个新的概念:熵。
熵容易理解,在物理上它代表体系的混乱程度,熵值越高,混乱度越大,反之则越有序。宇宙所有系统都倾向于最大熵值状态,也就是所有事物倾向于混乱。随着宇宙越来越大,天体逐渐消耗并分散,经过几代恒星生成后,宇宙到达一个临界点,所有可用于形成恒星的气体云耗尽,宇宙逐渐变暗。
数万亿年后,剩余的恒星死亡,黑洞也慢慢蒸发,由于“霍金辐射”作用,这个过程结束后,只会留下稀薄的质子和光子,随后也会消失,宇宙在这一刻静止,熵达到最大值,宇宙永远死亡。理论上,在漫长时间后,“量子隧穿”可能引发熵自发减少,从而启动下一次宇宙大爆炸。
最后是大塌缩和大反弹理论,这是最乐观的看法,如果宇宙中的暗能量少于预计,或者随时间减少,引力将成为宇宙主要作用力。在漫长时间后,宇宙扩张速度将减慢,最终停止,并开始收缩,星系开始相互靠近,宇宙变得越来越小,意味着越来越热。大塌缩前的十万年,宇宙背景辐射将热过大多数星球表面,意味着它们正在从外至内升温。
在大塌缩几分钟前,一个超级黑洞将吞噬一切之前,所有原子核将被撕裂,最终所有黑洞合并为一个包含宇宙所有物质的超级黑洞,在大塌缩前一刻将吞噬包括自身在内的一切。大反弹理论提出,这一过程已经重复多次,宇宙将继续扩张与压缩的无限循环。这一无限循环与我们周围所见事物有太多相似之处,仿佛生死轮回!
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