暗物质和暗能量是当今物理学最大的两个谜团。它们被称为黑暗双侠。
谁要是能破解这两个谜团之一,将是媲美牛顿和爱因斯坦的物理学家。
就目前来看,相对于暗物质,暗能量似乎更为牛逼。因为暗能量将是主宰宇宙最终命运的掌控者。
100亿年后宇宙的命运到底是什么?这完全取决于引力和斥力在博弈过程中,谁到底占主导地位。
如果万有引力取胜,宇宙将再次坍缩到大爆炸之初的奇点。
如果万有斥力取胜,宇宙在未来会演变成撕裂人体,撕碎原子,撕碎一切的大撕裂时代。
关于宇宙的最终结局,目前有很多说法,但是大部分说法并不太可靠。就目前的宇宙学观点,宇宙的结局有四种可能,第一种就是撕裂一切的大撕裂时代,第二种就是宇宙中的一切物质又收缩到大爆炸之初的奇点上,称为大挤压假说。
第三种就是宇宙热寂,当宇宙的熵达到最大值时,宇宙中的所有能量都转化成热能,所有物质温度达到热平衡,这时候的宇宙也就是热寂。第四种就是大反弹假说,这是一种循环模型,认为宇宙会在大爆炸和大挤压过程中不断地循环往复,所以宇宙除了膨胀就是收缩,一直在往复循环。
其实,未来宇宙到底是具体哪一种结局,完全取决于暗能量
我们现在知道在宇宙总质量和能量中,68.3%是暗能量,26.8%是暗物质,4.9%才是我们看得见,摸得着的明物质。
在由明物质,暗物质和暗能量主导的宇宙中。其实又分为两大阵营。第一个阵营就是由明物质和暗物质主导的万有引力。第二个阵营则是由暗能量主导的万有斥力。
现在很多人经常会混淆暗物质和暗能量。其实本质来说它们完全不同。只不过这两者都不参与电磁力,所以人类无法用任何探测器直接探测到它们的存在,黑暗双侠的称呼也由此而来。就目前来看,在四大基本作用力中,暗物质肯定是参与引力的,并且还有可能参与弱力。但是暗能量既参与引力,同时也表现出斥力。
关于暗能量的斥力作用,主要是由于暗能量,会表现成负压影响来时空曲率,这种负压并不会造成物质之间的排斥作用,但负压会充斥着宇宙,制造出宇宙时空背景整体被吹涨的效应,所以导致空间本身加速膨胀,从宏观层面上看,好像就是斥力作用。
其实关于万有斥力流传着这么一个故事。有一天,一个物理老师在讲课,讲到牛顿的万有引力时,并且说到宇宙中的一切物质都会相互吸引,这是宇宙中最普遍的规律。
然后在台下就有一个学生发问,既然宇宙万物都有万有引力,那会不会也有万有斥力呢?
当然,这样的发问在1998年之前看来是错的,因为当时物理学家在宇宙中没有发现任何有斥力的现象。
之所以这个时间在1998年。是因为在之前,天文学家虽然已经知道宇宙正在膨胀,但却认为这种膨胀,是由宇宙大爆炸余威推动的,就好像是宇宙暴涨时期残留下的惯性作用。同时又由于引力作用。所以这种膨胀就是一种减速膨胀。膨胀的速度越来越慢,直到宇宙最终停止膨胀 。
然而在1998年,天文学家捕获到了1A型超新星爆发的光谱线,通过红移量分析发现,宇宙居然正在加速膨胀。也就是说,距离地球越远的星系,其退行速度越快。后来,越来越多的天文发现不断证实这一点。所以现在的宇宙学已经公认了宇宙正在处于加速膨胀阶段。
但是加速膨胀这种现象,明显违背当时所有的物理学准则。因为在当时看来,物理学中还没有第五种力可以维持这种加速膨胀的存在。这种斥力的作用到底是由什么引起的?
为了解决这个问题,我们便设想了一种新的事物存在宇宙之中,这便是暗能量,它的性质就是推动空间加速膨胀,宏观表现上就是斥力作用。由于宇宙加速膨胀是具有各向同性,也就是说,以地球为观测原点,整个远处空间的都在加速膨胀。所以说暗能量是均匀分布的。
暗能量还有一个十分奇怪的性质,那就是在超宏观尺度下,会战胜引力,但是在近宏观尺度下,暗能量的作用会减弱。这就意味着,彼此距离在数千万光年尺度以上的星系,主要是空间膨胀导致的斥力作用,所以它们之间的距离会越来越远。
但是在数百万光年尺度以内,暗能量会减弱,反而不如万有引力。所以在像银河系和仙女座星系这样的距离尺度上,反而引力的作用会更大一些,所以银河系和仙女座星系会越来越近,直到40多亿年后相互碰撞。
为什么会这样?我们还搞不清楚。
现在的问题是,暗能量到底是稳定的还是动态变化的?如果暗能量是稳定的,那么,宇宙在数百万光年尺度内的星系全都会碰撞,收缩在一起,数千万光年以上尺度的星系反而会越来越远离。
现在还有一种假说叫动态暗能量假说。也就是说,暗能量会随着时间的推移变得越来越强。所以暗能量在近宏观尺度以内,可能会慢慢战胜引力。这种斥力效应的尺度会不断的收缩,直到达到普朗克尺度。
如果按照动态暗能量假说,那么宇宙未来将完全由万有斥力主导,宇宙的结局将是大撕裂时代。在大撕裂时代中,在普朗克尺度以上的空间都会加速膨胀,所有天体,生命,原子,甚至是基本粒子,都会在暗能量作用下被撕裂。宇宙中将不存在任何形式的物质结构。宇宙将变成不断膨胀的能量场。
所以宇宙的最终命运完全取决于暗能量会不会变化。因为引力,它是恒定的,目前唯一的变量也就是暗能量。所以说暗能量才是主宰宇宙命运的最终掌控者。
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