宇宙的结局有几种(宇宙的三种结局)

2021-12-27 11:36:47

自从我们发现了宇宙诞生后38万年的残留辐射(宇宙微波背景),这种充满整个天空的微小温度波动让大爆炸理论成为对宇宙最好的描述!再加上宇宙在过去的138亿年里,热而稠密的初始状态一直在膨胀、冷却。宇宙的这种发展过程再一次印证了大爆炸的正确性。

如果我们接受了大爆炸理论,那么有开始我们自然会想到结束,而大爆炸模型并没有告诉我们,宇宙的最终状态是什么?

我们最初对宇宙命运的猜测

根据我们的直觉,宇宙一开始在膨胀,但是物质会产生引力。从一个炽热、稠密、膨胀的宇宙开始,我们在不知道暗能量存在的前提下,很容易能想出宇宙有三种不同的命运:


  • 宇宙开始迅速膨胀,但空间中有大量的物质提供引力,一开始所有的星系会在一段时间内彼此远离,但引力会慢慢停止膨胀,然后发生逆转!在这种情况下,宇宙将会重新坍缩,最终发生“大收缩”(Big Crunch)而告终。
  • 也许宇宙最终会处于临界值,引力不断的减缓膨胀率,让宇宙处在一个稳定的临界值上,如果此时在宇宙中多放一个原子,宇宙将发生逆转。处于临界值的宇宙膨胀率将无限趋近于零。
  • 没有足够的物质阻止和逆转膨胀。在这种情况下,我们宇宙中的束缚结构星系、星系团,以及其中包含的一切都将继续远离彼此。虽然膨胀率会下降和放缓,但它永远不会达到零,也永远无法逆转。这样的宇宙将在惯性的作用下缓慢的滑行,最终将发生大冻结,这是一个孤立,冰冷的未来。

每种情况中都假定宇宙中只包含物质和辐射,那么我们宇宙的真实情况是这样吗?

对于宇宙来说,每一种情况都有不同的膨胀历史,因此,如果我们观察遥远的物体,并测量这些物体在历史上是如何远离我们的,我们就可以精确地测量宇宙在其生命周期中是怎样膨胀的,以及它未来的命运如何?实现这一目标的工具正是哈勃太空望远镜。

在20世纪90年代末,有两个团队高红移超新星搜索团队和超新星宇宙学项目,对遥远的1a型超新星进行了关键性的测量。

那么1a型超新星是怎样产生的呢?

一颗白矮星不断吸收伴星的质量,在获得足够的物质后,又重新点燃核聚变,失控的核聚变导致了白矮星发生爆发形成了Ia型超新星(上图),还有另外一种情况是由两个白矮星相互融合碰撞形成Ia型超新星(下图),在整个宇宙中我们很容易就能测量出一个Ia型超新星离我们有多远!

因为我们知道1a型超新星的内禀亮度,也就是说它们实际上有多亮,然后也能观察到它们的表观亮度,看起来有多亮,所以我们就可以确定它离我们有多远!将这些信息与观测到的红移相结合。就能知道这些超新星在其历史上是以怎样的方式远离我们的,也就能知道了宇宙膨胀的历史。

所以这两个观察小组,使用哈勃太空望远镜,尽可能精确地测量这些遥远的超新星。在下面来自超新星宇宙学项目的图表中有三条黑线:上面一条对应着一个惯性“滑行”的宇宙,中间一条对应着一个“临界”的宇宙,下面一条对应着一个“大收缩”的宇宙。那么观测结果显示我们的命运将会如何呢?

观测结果表明,实际的膨胀率都不是我们事先猜测的结果!两个团队在1998年都发现,宇宙的膨胀率不会接近零,甚至在遥远的未来,将始终保持一个非零值!

这也就是我们常听说的一句话,随着物体膨胀的离我们越来越远,它们远离我们的速度也会不断增加,在未来也不会减缓!

这个结果意味着宇宙不仅充满了物质(重子、暗物质)和辐射,而且还充满了时空本身固有的新能量(暗能量和宇宙常数),我们现在知道宇宙目前由暗能量主导,并且占了宇宙总能量密度的70-75%!

这对宇宙的膨胀历史和命运意味着什么?

这意味着我们生活在一个加速膨胀的宇宙中,在这个宇宙中,目前没有被引力束缚住的物体最终会远离我们,并且正在加速逃离我们可观察宇宙的范围。

正是这两个团队收集的超新星数据让我们发现了宇宙正在加速膨胀的命运。

团队的领导者:超新星宇宙学项目的索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter),以及高红移超新星搜索团队的亚当·里斯(Adam Riess)和布莱恩·施密特(Brian Schmidt)被授予了2011年的诺贝尔物理学奖。

讨论这个问题有点太缥缈,我们只是宇宙中的一粒尘埃,甚至尘埃都算不上!所有关于宇宙最终结局的结论都只能是猜测,基于一定理论基础上的猜测,所以也无所谓对错,只要有自己的理由就可以了!

那么主流科学界是如何看待宇宙最终结局的呢?有三个观点!

一是宇宙一直膨胀下去,膨胀速度越来越快,最终完全失控,万事万物都在无尽的膨胀中被撕碎,哪怕是最微小的原子,电子等微观粒子也不例外,甚至时空本身也不复存在,变得非常捉摸不定!

第二种情况与第一种相反,膨胀到一定阶段开始收缩,宇宙变得越来越小,最终缩小为一个无穷小的点,也就是奇点,然后奇点又开始生成宇宙,如此反复循环下去!

还有一种情况介于两者之间,宇宙膨胀到一定程度就停止膨胀了,也不会收缩,一直存在着。不过随着时间的推移,万物也会消失不见,因为没有什么能摆脱无情的岁月,甚至连永恒的黑洞也不能!

而宇宙最终的命运掌控在暗物质和暗能量的较量,目前暗能量占据上风,所以说宇宙一直在膨胀中,而且是加速膨胀!

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