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宇宙如何終結(jié)?10^10^10^56年后,進入最低能量狀態(tài),之后不清楚

2020-10-07 21:19 作者:徐德文科學頻道  | 我要投稿


宇宙,一個包羅萬象的概念,人類創(chuàng)造的字詞中最大的一個,沒有任何一個詞比它更大——所有的字詞,所有的一切都包羅在宇宙之中,如果你能找出一個宇宙之外的東西,明年的諾貝爾獎就在向你招手了——很遺憾,今年的剛剛發(fā)完,沒機會了。

那么,宇宙的未來,或者說宇宙的終點究竟是什么呢?

道格拉斯·亞當斯在科幻小說《宇宙盡頭的餐館》中對此進行了描繪。

腰纏萬貫的富豪們乘坐極超豪華的宇宙飛船,從各自的時空飛到宇宙盡頭的餐館,這里有時間彎曲防護盾力場的保護,大家一邊大快朵頤,一邊欣賞即將到來的宇宙末日璀璨。

在亞當斯的描述中,宇宙的毀滅是艷麗的、壯觀的、狂暴的、偉大的,光子風暴在餐館四周聚合成渦流,準備將最后的紅熱恒星撕個粉碎。

但這只是文學上的宇宙終點,科學上的宇宙終點會是什么樣的呢?

雖然誰也沒法進行實驗,不過通過數(shù)千年來的觀察,尤其是望遠鏡發(fā)明后科學家們對宇宙深處的觀測,理論物理學家們已可通過數(shù)學模型對宇宙進行詳細的研究,宇宙可能的最后歸宿也漸漸趨于可知。

宇宙的第一種可能歸宿是趨于熱寂

根據(jù)近年來的觀察,宇宙正在加速膨脹,如果就這樣一直無限地膨脹下去,終有一天,宇宙中所有恒星都會燃盡最后的火焰,所有有效能量都全部轉(zhuǎn)化為熱能,所有物質(zhì)溫度會達到熱平衡,再沒有任何可以維持運動或生命的能量存在。

10^15年后,行星將會逐步脫離軌道;

10^16年后,恒星也會脫離原始軌道;

10^40年后,組成物質(zhì)的基礎粒子質(zhì)子可能會完全衰變,黑洞將占據(jù)宇宙的主導地位;

10^100年后,絕大多數(shù)黑洞都已蒸發(fā)完畢,宇宙進入黑暗時代;

10^150年后,最后殘余的黑洞也將蒸發(fā)完畢,所有物質(zhì)都衰變成光子和輕子,宇宙進入光子時代;

10^10^10^56年后,宇宙進入最低能量狀態(tài),之后會發(fā)生什么目前并不清楚。

一種猜想是宇宙可能永遠停留在這種真正意義上的熱寂狀態(tài),量子事件將會成為宇宙主宰;一種可能是發(fā)生新的大爆炸,創(chuàng)建另一個宇宙。

還有一種說法稱,近乎無限的時間,將讓量子隧穿的幾率從幾近于零變成接近于1,量子效應導致的核聚變將會使所有小于鐵的物質(zhì)都融合成鐵56,而自發(fā)裂變和核衰變也會使大于鐵的物質(zhì)衰變成鐵,宇宙在10^1500年后就將完全成為冰冷的鋼鐵世界,一顆顆冰冷的鐵星游蕩在黑暗的宇宙中,并一直持續(xù)到10^10^76年。

這其中也有一種可能,從10^10^26年到10^10^76年,量子隧穿會將鐵星變成黑洞,或者坍縮成中子星。然而在這樣的時間尺度上,黑洞最終還是會完全蒸發(fā),中子星也會爆發(fā)并重復以前的過程,所以無論如何到10^10^76年后,宇宙將變成一個幾乎完全純凈的真空,并慢慢冷卻到絕對零度。

宇宙的第二種可能歸宿是大坍縮

宇宙將會回到奇點狀態(tài),重新開始新的大爆炸。

在這種情況下,宇宙的膨脹速度將會逐漸減慢,最終在引力的作用下,在某一個時間點,所有的星系都將開始收縮。

這就產(chǎn)生了一種有趣的觀點,這個觀點認為在宇宙收縮的時候,時間將會倒流,所有歷史都將嚴格反向演繹,就像錄像帶倒帶一樣,過去變成未來,人生從老年開始,逐步回到嬰兒時代。這種簡單的時光倒流宇宙估計是不屑為之的,我的看法也和宇宙略同。

實際的大坍縮可能復雜得多,在星系逐漸靠攏的過程中,同樣伴隨著時間不可逆地流向未來。

如果人類那時還存在的話,我們會發(fā)現(xiàn)所有星系發(fā)出的光都在藍移,而不是現(xiàn)在的紅移。

宇宙的溫度將會越來越高,而不是現(xiàn)在這樣越來越靠近絕對零度。

那時候我們擔心的就不像現(xiàn)在那么不確定了,而是一個非常確定的未來:宇宙將會坍縮成一個奇點。

不過我們肯定看不到那個時刻了,在離大坍縮奇點還有數(shù)十億年的時候,所有生命就將在宇宙中消失,宇宙繼續(xù)向著它旅程的終點孤獨地行進。

在離宇宙盡頭還有大約一年的時候,所有星系都將密密麻麻擠在一起,宇宙的溫度會比恒星內(nèi)部的溫度還高,所有物質(zhì)開始分解,變成無數(shù)基本粒子,宇宙成為一鍋等離子濃湯。

在離奇點約一小時的時候,星系中央的超大質(zhì)量黑洞開始互相吞噬。

由于黑洞內(nèi)部具有極其強大的引力場,最后的坍縮將在瞬間完成,重現(xiàn)宇宙大爆炸時暴脹的相反過程。

在普朗克時間(10^-43秒)長度內(nèi),所有的物質(zhì)暴擠在一起,趨于一個時空曲率無限大的奇點,然后開始新一輪的宇宙大爆炸。


怎么樣?這兩種宇宙終點你更喜歡哪一種呢?

當然,雖然兩種觀點都很腦洞,但第一種有著更多的計算和理論基礎,受到更多科學家的青睞;第二種由于現(xiàn)在宇宙正在加速膨脹,所以已越來越少人支持了。

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