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科学家发表论文称宇宙寿命至少还有1400亿年 宇宙的终极命运将会怎样

来源:咸宁新闻网 时间:2018-10-30 08:45

有媒体报道,一个国际研究团队近日发表论文称,他们从暗物质和暗能量的角度分析后得出结论,宇宙的寿命至少还有  1400亿年。目前,宇宙起源已经有公认的理论,认为宇宙起源于约138亿年前的大爆炸,随后开始膨胀演化。但关于宇宙如何  走向终结,理论假说却多种多样。  正如有人说“: 我不想知道我是怎么来的,我就想知道我是怎么没的。”对于宇宙究竟会怎么走向终结,科学家们苦苦探寻,  提出了“大坍缩”“大撕裂”“大冻结”“大吞噬”等各种假说。

“大撕裂”假说  

暗能量不断增加使宇宙分崩离析

“宇宙的最终命运(或称为宇宙  终极命运)是物理宇宙学研究的重要  问题之一,目前看来它主要依赖于宇宙  的空间几何结构以及暗能量的性质,宇  宙终极命运的假说主要包括‘大撕裂’‘大  冻结’和‘大坍缩’。”10 月 24 日,中国科  学院国家天文台副研究员陈云在接受科  技日报记者采访时说。  

说起宇宙的空间结构,陈云介绍,其  包括平直、闭合和开放3种可能性,可以分  别类比于平面、球面和马鞍面。而暗能量  则是宇宙中均匀弥漫的一种克服物质(包  括普通物质和暗物质)所产生引力的“负  引力”。暗能量的性质通常用它的状态方  程(就是压强与密度之比)来刻画。不同  的暗能量模型下暗能量的状态方程不  同。有些模型下暗能量的状态方程是不  随时间变化的常数,而这个常数可能等  于-1,也可能大于或小于-1;还有些模型  下暗能量状态方程是随时间变化的,就是  说状态方程可能由大于-1随时间演变为  小于-1,也有可能由小于-1 变为大于-  1。暗能量状态方程等于-1时它的密度是  不随时间演化的常数,大于-1时密度会随  着时间的增加而减小,而小于-1时密度会  随着时间的增加而增大。  

由此,陈云表示,“大撕裂”假说认为  如果暗能量是状态方程小于-1 的“幽灵  暗能量”,那么它的密度就会随着时间增  加而增加,从而导致宇宙膨胀的速度越来  越快,那么随着宇宙的不断膨胀,宇宙中  的所有物质(甚至时空本身)最终都会被  逐渐撕碎,瓦解为不受束缚的基本粒子和  辐射。  

暗能量的确是宇宙间最神秘、最丰富  的能量形式之一,约占宇宙68.3%的质能,  但物理学家真的对它了解不多。上世纪  90年代发现暗能量之前,物理学家认为因  大爆炸而产生的宇宙膨胀正在减缓甚至  停止。此  后 ,通 过  对超新星  的观测,天体物  理学家们才意识  到其实宇宙膨胀  正在加速,并且  有 研 究 人 员 对  110 亿  年前形  成的星  系进行  测 绘 ,  发现宇  宙正以  过 山  车 的  速 度  膨胀。  

朴  茨 茅 斯  大学的马特·皮尔博士解释说,年轻时期  宇宙的生长因引力的影响变缓,但在过去  50 亿年时间里,宇宙却开始快速膨胀,原  因就在于一种神秘的力——暗能量。如  果暗能量不断增强且持续扩散,就会推动  星系相互分离,紧接着推动行星远离恒  星,并造成一系列类似变化。最终,暗能  量会强大到把原子核从原子中撕扯出来,  并撕裂宇宙间存在的一切,使宇宙分崩离  析。

“大冻结”假说  

宇宙温度趋近绝对零度生命不复存在

另一种比较典型的宇宙终结假说就是  “大冻结”了。  

陈云指出,“大冻结”也被称为“热  寂”(heat death)。这种假说认为宇宙  最终会演化到一种没有热力学自由能的  状态,也就是说宇宙达到一种热力学平衡  (即具有最大熵)的状态,同时宇宙温度也  趋近(但并未达到)绝对零度,从而任何宏  观物理过程和生命都不复存在。在暗能  量存在的情况下,不管宇宙空间几何结构  是什么样的,“大冻结”都有可能发生。  就算没有暗能量,如果宇宙空间几何结  构是平直或开放的,“大冻结”也可能出  现。

有科学家表示,人们在煎蛋时,将一  枚鸡蛋打碎放入煎锅,鸡蛋将无法恢复之  前的形状。同样宇宙也是这样,伴随着不  断进化——炽热气体逐渐形成恒星、  行星,孕育人类和各种生命,熵(物理  概念,用于度量无序程度)也在  逐渐增加。而且一旦宇  宙走向无序,就很难停  止或反转,就如食物  会腐烂、金属会生锈、  人 类 会 消 亡 一 样 。  熵不断地增加,当宇宙中的紊乱达到最大  程度时,“大冻结”就会来临。一旦熵达到  它的最大值,所有能量将被均匀地分布在  整个宇宙内,但任何可重复使用的能量或  热量将不复存在,这意味着消耗能量的过  程将不再继续。从根本上说,宇宙间的一  切终将停止运转。  

陈云说:“由于暗能量的本质属性尚  且不知,因此,宇宙未来的命运可能是‘大  撕裂’,也可能是‘大冻结’,同时也有可能  是先发生‘大冻结’再进入‘大撕裂’。”

“大坍缩”假说  

宇宙膨胀速度不断变慢从而发生坍缩

一些科学家认为,如果宇宙内的物质 修一新。  随着时间推移不断减少,大坍缩便会出  现,导致引力成为占据支配地位的力。引  力导致宇宙收缩,其结果是恒星、星系和  行星相互撞击,宇宙发生塌陷,这就是“大  坍缩”假说。理论物理学家表示,宇宙内  的一些区域已开始塌陷,这种塌陷将最终  吞噬宇宙其他区域。  

在陈云看来,“大坍缩”假说认为由于  物质的引力作用宇宙的膨胀速度会不断  变慢,从而终将停止膨胀并发生坍缩。然  而在坍缩之后又将发生什么,尚不能确  定;其中一种可能性就是宇宙坍缩到它的  初始状态并再次发生大爆炸,从而使得宇  宙处于“大爆炸”到“大坍缩”再到“大爆  炸”这样一种循环的状态。不过最近的宇  宙学观测都表明宇宙的膨胀速度不仅不  会变慢,而且由于暗能量的作用膨胀速度  在不断加快。简而言之,目前的观测数据  不支持“大坍缩”假说。  

“此外,关于宇宙终结还有‘大吞噬’  假说,我认为是没有科学依据的纯假想。”  陈云说,“大吞噬”假说认为宇宙中的黑洞  会逐渐吞噬掉所有天体和物质,并发生大  黑洞吞噬小黑洞,最终整个宇宙只剩下一  个超级大黑洞。这种假想不可信的理由  很多,其中最主要的有3条:一黑洞只会吞  噬掉进它视界内的物质,视界外的物质是  不会被吞噬掉的;二黑洞并不是只进不出  的,比如,星系中心的黑洞在吞噬物质的  过程中,通常也会产生沿转轴方向向外的  喷流,喷出来的物质又为产生新的恒星和  星系提供了原料;三在暗能量主导的时  期,由于暗能量的负压作用,相距较远的  黑洞是不会发生碰撞的,也就是不会出现  互相吞噬的情况。 

(本报综合)

编辑:chenguo

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