有媒體報(bào)道，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)近日發(fā)表論文稱，他們從暗物質(zhì)和暗能量的角度分析后得出結(jié)論，宇宙的壽命至少還有1400億年。目前，宇宙起源已經(jīng)有公認(rèn)的理論，認(rèn)為宇宙起源于約138億年前的大爆炸，隨后開始膨脹演化。但關(guān)于宇宙如何走向終結(jié)，理論假說卻多種多樣。
正如有人說:“我不想知道我是怎么來的，我就想知道我是怎么沒的。”對(duì)于宇宙究竟會(huì)怎么走向終結(jié)，科學(xué)家們苦苦探尋，提出了“大坍縮”“大撕裂”“大凍結(jié)”“大吞噬”等各種假說。
“大撕裂”假說
暗能量不斷增加使宇宙分崩離析
“宇宙的最終命運(yùn)(或稱為宇宙終極命運(yùn))是物理宇宙學(xué)研究的重要問題之一，目前看來它主要依賴于宇宙的空間幾何結(jié)構(gòu)以及暗能量的性質(zhì)，宇宙終極命運(yùn)的假說主要包括‘大撕裂’‘大凍結(jié)’和‘大坍縮’。”10月24日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員陳云在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。
說起宇宙的空間結(jié)構(gòu)，陳云介紹，其包括平直、閉合和開放3種可能性，可以分別類比于平面、球面和馬鞍面。而暗能量則是宇宙中均勻彌漫的一種克服物質(zhì)(包括普通物質(zhì)和暗物質(zhì))所產(chǎn)生引力的“負(fù)引力”。暗能量的性質(zhì)通常用它的狀態(tài)方程(就是壓強(qiáng)與密度之比)來刻畫。不同的暗能量模型下暗能量的狀態(tài)方程不同。有些模型下暗能量的狀態(tài)方程是不隨時(shí)間變化的常數(shù)，而這個(gè)常數(shù)可能等于-1，也可能大于或小于-1;還有些模型下暗能量狀態(tài)方程是隨時(shí)間變化的，就是說狀態(tài)方程可能由大于-1隨時(shí)間演變?yōu)樾∮?1，也有可能由小于-1變?yōu)榇笥?1。暗能量狀態(tài)方程等于-1時(shí)它的密度是不隨時(shí)間演化的常數(shù)，大于-1時(shí)密度會(huì)隨著時(shí)間的增加而減小，而小于-1時(shí)密度會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。
由此，陳云表示，“大撕裂”假說認(rèn)為如果暗能量是狀態(tài)方程小于-1的“幽靈暗能量”，那么它的密度就會(huì)隨著時(shí)間增加而增加，從而導(dǎo)致宇宙膨脹的速度越來越快，那么隨著宇宙的不斷膨脹，宇宙中的所有物質(zhì)(甚至?xí)r空本身)最終都會(huì)被逐漸撕碎，瓦解為不受束縛的基本粒子和輻射。
暗能量的確是宇宙間最神秘、最豐富的能量形式之一，約占宇宙68.3%的質(zhì)能，但物理學(xué)家真的對(duì)它了解不多。上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)暗能量之前，物理學(xué)家認(rèn)為因大爆炸而產(chǎn)生的宇宙膨脹正在減緩甚至停止。此后，通過對(duì)超新星的觀測(cè)，天體物理學(xué)家們才意識(shí)到其實(shí)宇宙膨脹正在加速，并且有研究人員對(duì)110億年前形成的星系進(jìn)行測(cè)繪，發(fā)現(xiàn)宇宙正以過山車的速度膨脹。
樸茨茅斯大學(xué)的馬特·皮爾博士解釋說，年輕時(shí)期宇宙的生長(zhǎng)因引力的影響變緩，但在過去50億年時(shí)間里，宇宙卻開始快速膨脹，原因就在于一種神秘的力——暗能量。如果暗能量不斷增強(qiáng)且持續(xù)擴(kuò)散，就會(huì)推動(dòng)星系相互分離，緊接著推動(dòng)行星遠(yuǎn)離恒星，并造成一系列類似變化。最終，暗能量會(huì)強(qiáng)大到把原子核從原子中撕扯出來，并撕裂宇宙間存在的一切，使宇宙分崩離析。
“大凍結(jié)”假說
宇宙溫度趨近絕對(duì)零度生命不復(fù)存在
另一種比較典型的宇宙終結(jié)假說就是“大凍結(jié)”了。
陳云指出，“大凍結(jié)”也被稱為“熱寂”(heat death)。這種假說認(rèn)為宇宙最終會(huì)演化到一種沒有熱力學(xué)自由能的狀態(tài)，也就是說宇宙達(dá)到一種熱力學(xué)平衡(即具有最大熵)的狀態(tài)，同時(shí)宇宙溫度也趨近(但并未達(dá)到)絕對(duì)零度，從而任何宏觀物理過程和生命都不復(fù)存在。在暗能量存在的情況下，不管宇宙空間幾何結(jié)構(gòu)是什么樣的，“大凍結(jié)”都有可能發(fā)生。就算沒有暗能量，如果宇宙空間幾何結(jié)構(gòu)是平直或開放的，“大凍結(jié)”也可能出現(xiàn)。
“大凍結(jié)”假說認(rèn)為在宇宙年齡為1萬(wàn)億至100萬(wàn)億年期間恒星會(huì)正常形成，但隨后恒星形成所需的氣體逐漸被消耗殆盡，從而使恒星停止發(fā)光，整個(gè)宇宙將逐漸陷入黑暗之中，隨后黑洞將主導(dǎo)整個(gè)宇宙, 但是接下來黑洞自身也會(huì)因?yàn)榛艚疠椛?指來自黑洞的光和粒子輻射)而消失，然而再接下來宇宙是一直處于這種“大凍結(jié)”的狀態(tài)，還是走向其他狀態(tài)，還不得而知。
有科學(xué)家表示，人們?cè)诩宓皶r(shí)，將一枚雞蛋打碎放入煎鍋，雞蛋將無法恢復(fù)之前的形狀。同樣宇宙也是這樣，伴隨著不斷進(jìn)化——熾熱氣體逐漸形成恒星、行星，孕育人類和各種生命，熵(物理概念，用于度量無序程度)也在逐漸增加。而且一旦宇宙走向無序，就很難停止或反轉(zhuǎn)，就如食物會(huì)腐爛、金屬會(huì)生銹、人類會(huì)消亡一樣。熵不斷地增加，當(dāng)宇宙中的紊亂達(dá)到最大程度時(shí)，“大凍結(jié)”就會(huì)來臨。一旦熵達(dá)到它的最大值，所有能量將被均勻地分布在整個(gè)宇宙內(nèi)，但任何可重復(fù)使用的能量或熱量將不復(fù)存在，這意味著消耗能量的過程將不再繼續(xù)。從根本上說，宇宙間的一切終將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
陳云說：“由于暗能量的本質(zhì)屬性尚且不知，因此，宇宙未來的命運(yùn)可能是‘大撕裂’，也可能是‘大凍結(jié)’，同時(shí)也有可能是先發(fā)生‘大凍結(jié)’再進(jìn)入‘大撕裂’。”
“大坍縮”假說
宇宙膨脹速度不斷變慢從而發(fā)生坍縮
一些科學(xué)家認(rèn)為，如果宇宙內(nèi)的物質(zhì)隨著時(shí)間推移不斷減少，大坍縮便會(huì)出現(xiàn)，導(dǎo)致引力成為占據(jù)支配地位的力。引力導(dǎo)致宇宙收縮，其結(jié)果是恒星、星系和行星相互撞擊，宇宙發(fā)生塌陷，這就是“大坍縮”假說。理論物理學(xué)家表示，宇宙內(nèi)的一些區(qū)域已開始塌陷，這種塌陷將最終吞噬宇宙其他區(qū)域。
在陳云看來，“大坍縮”假說認(rèn)為由于物質(zhì)的引力作用宇宙的膨脹速度會(huì)不斷變慢，從而終將停止膨脹并發(fā)生坍縮。然而在坍縮之后又將發(fā)生什么，尚不能確定;其中一種可能性就是宇宙坍縮到它的初始狀態(tài)并再次發(fā)生大爆炸，從而使得宇宙處于“大爆炸”到“大坍縮”再到“大爆炸”這樣一種循環(huán)的狀態(tài)。不過最近的宇宙學(xué)觀測(cè)都表明宇宙的膨脹速度不僅不會(huì)變慢，而且由于暗能量的作用膨脹速度在不斷加快。簡(jiǎn)而言之，目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)不支持“大坍縮”假說。
“此外，關(guān)于宇宙終結(jié)還有‘大吞噬’假說，我認(rèn)為是沒有科學(xué)依據(jù)的純假想。”陳云說，“大吞噬”假說認(rèn)為宇宙中的黑洞會(huì)逐漸吞噬掉所有天體和物質(zhì)，并發(fā)生大黑洞吞噬小黑洞，最終整個(gè)宇宙只剩下一個(gè)超級(jí)大黑洞。這種假想不可信的理由很多，其中最主要的有3條：一黑洞只會(huì)吞噬掉進(jìn)它視界內(nèi)的物質(zhì)，視界外的物質(zhì)是不會(huì)被吞噬掉的;二黑洞并不是只進(jìn)不出的，比如,星系中心的黑洞在吞噬物質(zhì)的過程中，通常也會(huì)產(chǎn)生沿轉(zhuǎn)軸方向向外的噴流，噴出來的物質(zhì)又為產(chǎn)生新的恒星和星系提供了原料;三在暗能量主導(dǎo)的時(shí)期，由于暗能量的負(fù)壓作用，相距較遠(yuǎn)的黑洞是不會(huì)發(fā)生碰撞的，也就是不會(huì)出現(xiàn)互相吞噬的情況。
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