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宇宙壽命至少還有1400億年?宇宙的終極命運(yùn)將會(huì)怎樣

  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(kāi)始膨脹演化。但關(guān)于宇宙如何走向終結(jié),理論假說(shuō)卻多種多樣。

  正如有人說(shuō):“我不想知道我是怎么來(lái)的,我就想知道我是怎么沒(méi)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(shuō)。

  “大撕裂”假說(shuō)

  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(wèn)題之一,目前看來(lái)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(shuō)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(shuō)。

  說(shuō)起宇宙的空間結(jié)構(gòu),陳云介紹,其包括平直、閉合和開(kāi)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(lái)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(shuō)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(shuō)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(lái)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(guò)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(guò)山車的速度膨脹。

  樸茨茅斯大學(xué)的馬特·皮爾博士解釋說(shuō),年輕時(shí)期宇宙的生長(zhǎng)因引力的影響變緩,但在過(guò)去50億年時(shí)間里,宇宙卻開(kāi)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(lái),并撕裂宇宙間存在的一切,使宇宙分崩離析。

  “大凍結(jié)”假說(shuō)

  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(shuō)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(shuō)認(rèn)為宇宙最終會(huì)演化到一種沒(méi)有熱力學(xué)自由能的狀態(tài),也就是說(shuō)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(guò)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(méi)有暗能量,如果宇宙空間幾何結(jié)構(gòu)是平直或開(kāi)放的,“大凍結(jié)”也可能出現(xiàn)。

  “大凍結(jié)”假說(shuō)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(lái)黑洞自身也會(huì)因?yàn)榛艚疠椛洌ㄖ竵?lái)自黑洞的光和粒子輻射)而消失,然而再接下來(lái)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。

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