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宇宙的最后命运

2019-04-27 08:18:26 发布:人生的意义网

宇宙的最后命运

  美国新罕布什尔达特茅斯大学宇宙学家罗伯特·卡德维尔(Robert Caldwell)指出:“在教科书和宇宙学课堂上,我们了解到宇宙的未来存在三种不同的命运走向。”

  在其中的一种命运走向中,宇宙将永远膨胀下去,于是其中的所有物质将最终完全解体,变成能量形式存在,宇宙在寂静中缓慢“死去”,也就是物理学家们常说的所谓“热寂”(heat death);或者,按照第二种命运路径,引力将最终阻止宇宙的无限膨胀并开始反向收缩过程,最终宇宙将塌缩,产生一次“逆向大爆炸”过程,即所谓“大挤压”(Big Crunch);除了这两种之外,还有第三条路:宇宙中的暗能量将导致宇宙的膨胀加速,越来越快,导致无法控制的“大撕裂”(Big Rip)。

  在探讨宇宙的死亡之前,我们先来看一下宇宙的诞生。我们当前的认识是认为时间和空间都源自宇宙大爆炸——这是一个亚原子尺度,超高温,超高密度的点突然爆炸性膨胀的结果。当一切开始逐渐降温,冷却到一定温度的时候,粒子开始形成,并逐渐构建出宇宙中的那些较大尺度上的结构,比如星系,然后是恒星,行星,地球,还有我们,诞生了。今天大约是宇宙诞生之后137亿年,但我们还不清楚宇宙还可以存在多久。

  宇宙的第一种命运是“热寂”:有一天,宇宙中所有恒星都将最终耗尽最后的能源,并先后死去,宇宙中将不再有闪耀的恒星,剩下的只是致密的恒星尸体:白矮星,中子星等等。而那些最大质量的恒星死去之后留下的则是黑洞。尽管这些黑洞并不像很多人所想象的那么“贪吃”,但只要经过足够长的时间,宇宙中的绝大部分物质还是将会被这些黑洞吞噬。这时候,某些奇异的事情就将发生。

  已故英国物理学家霍金认为,黑洞并非完全“只出不进”,而是会产生一种称为“霍金辐射”的特殊辐射效应。这种辐射实际上会消耗一部分黑洞的质量,从而导致黑洞发生缓慢的“蒸发”。英国赫尔大学天体物理学家凯文· 平布莱特(Kevin Pimbblet)指出:在大约10的100次方年之后(对,这是一个很大很大的数字,写出来大概就是1后面跟着100个0),宇宙中所有的黑洞都将蒸发消失。此时的宇宙将变得一无所有,剩下的只有虚空中的能量。

  与之相反,如果按照“大挤压”理论给出的未来前景,恒星和星系之间的引力作用有朝一日将开始拉拽整个宇宙,使其开始收缩。整个过程有点像是宇宙大爆炸的逆向过程,这一过程中星系群之间将逐渐相互靠近并最终合并,恒星和行星相互碰撞,融合,最终整个宇宙和它其中的一切都将回归到一个体积无限小,密度无限大的点上——就像大爆炸发生之前那样。

  这样的前景让科学家们本能的觉得喜欢,因为它似乎提供了一种传统意义上的对称性。正如卡德维尔所言:“它简单明了。就像你去野餐,然后回来,没有带走什么,也没有留下什么。”

  宇宙命运的第三种,也是最后一种假说,是“大撕裂”。在这种情景下,暗能量将发挥基础性作用。暗能量是一种具备“负引力”的存在,它会抵抗重力,并让宇宙加速膨胀,人类目前对于暗能量的本质几乎一无所知。

  在暗能量的作用下,宇宙将加速膨胀,直到遥远的星系变得极为遥远,以至于它们发出的光线再也无法抵达我们的眼睛。随着加速继续进行,越来越近的天体都开始接连远去,消失在视线之外——太阳系将被一堵“暗黑之墙”包围——放眼四周,宇宙一片黑暗,就如一片暗黑的汪洋大海,没有一丝星光。

  紧随其后的,是物体本身的解体——星系将解体,太阳系将解体,然后让你的思维继续下去吧——行星将被撕裂,然后是组成所有物质的原子都将被生生撕开,最终,整个宇宙将被暗能量撕开,一切都将毁灭。

  哪一种结局最有可能?

  看到这里,很自然的,读者会问:那么按照目前我们的认识,以上哪一种前景是最有可能发生的呢?由于我们对暗能量几乎还一无所知,科学家们其实目前还无法判断究竟哪一种发生的可能性更大。但卡德维尔期待人类在观测设备方面的进步,比如美国宇航局的“宽视野红外巡天望远镜”(WFIRST),以及不久之后将要开始部署的“大型综合巡天望远镜”(LSST)将帮助人类最终阐明暗能量的行为,或许这将帮助我们更好地预测宇宙的最终命运。

  关于宇宙的终结,还有其他一些不那么主流的理论。在已知的物理学定律范围内,有一种观点认为希格斯玻色子——由粒子物理学标准模型预言,并已经在2012年由欧洲核子中心证实其存在,其作用是赋予其他粒子以质量——将毁灭这宇宙中的一切,从理论上来说,这尽管听上去很反常,但却的确是可能发生的。

  当2012年首次被发现时,科学家们发现这种粒子的质量大约是质子的126倍。但在理论上,希格斯玻色子的这一质量数值是可以变化的。这是因为宇宙可能目前并非处于其最低能级状态。整个宇宙可能处于所谓“不稳定伪真空”状态下,这是相对“真真空”而言的。如果希格斯粒子以某种方式衰变为一种具有更小质量的状态,那么整个宇宙都将随之转入一种更低能级的“真真空状态”。

  如果希格斯粒子突然之间变得质量更小了,或是其他性质发生了明显改变,那么宇宙中的一切物质的性质都将随之发生改变。或许突然之间,电子将不再能够围绕质子运行了,于是原子将不复存在。相似的,光子可能将被赋予质量,于是阳光洒在我们身上,我们将感觉淋到雨一样,不过这是“光雨”。作为生物,能在这样的世界里存活下来吗?不知道。

  卡德维尔说:“我或许会将其称作某种由于粒子物理环境引发的灾难。它并不会直接导致宇宙的毁灭,它只是让生命是否还能在其中生存变得十分不确定。”

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