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1400亿年后,宇宙将迎来终极命运?是走向热寂,还是坍缩后重开?

2024-04-02科学

有一天,盘古和上帝闲聊的时候,上帝问了盘古一个问题: 你和我创造了这个世界,想过将来怎么终结它吗?

盘古一时不知道说些什么,那柄开天辟地的巨斧放在角落都要生锈了。正是靠着斧子,天和地才从混沌一片慢慢分开的。

他看向上帝,然后如实说不知道未来会是什么,然后又问了上帝一句,未来难道还能合并不成?

上帝听后笑着说道,还真让你说对了,起码那颗星球上的小人们认为,未来的世界还会恢复到原来的状态。

不过,要让宇宙恢复到原来的状态,首先得走向极致的撕裂。

暗能量主导的宇宙终结

从古至今,人类认知中的宇宙都是混沌的。不同的地方在于,古人因为不了解情况,将宇宙的混沌理解为孕育。

而现代科学家眼里的混沌,仅仅是一种视觉现象,其背后的本质是宇宙在持续膨胀。目前的主流观点是,宇宙的爆炸发生于138亿年前,这就好比盘古在当时一斧子劈开了世界。

不同的地方在于,古人眼中的开天辟地,中心区域位于地球。而现代科学理解的宇宙起源,似乎没有中心区域,或者说到处都是中心区域。

唯一有意思的地方在于,古人眼里的混沌世界犹如鸡卵,即天地之间的世界是圆形的,等到天地区分出来后,天是半球形的,而地则是方的。

现代天文学虽然搞清楚了我们所处的星球是圆形球体,但是对于宇宙整体的形状,却还是有着很多不清楚的地方。

在天文学界,宇宙整体的空间构造,有着平直、闭合与开放的三种可能性,每一种构造分别对应了宇宙的整体形状。可以将其理解为平面、球形和马鞍面。

形状和结构只是结果,科学家相信宇宙自爆炸以后, 从高密度的状态不断膨胀扩张,而形成了现在我们所看到的样子。

古人的理解是浊气下降,轻气上升,以致出现了天地。而现代科学家的研究是, 宇宙内的物质和粒子,构成了其内在的全部成分,而且所有物质都在高速运动,并不仅仅是古人想象中的升和降。

在这其中,有一种被称为暗能量的物质最为神秘。它似乎是宇宙内占比最大的质能, 科学家推测其占比为68.3%,虽然多可是却并不了解它。

直到上世纪90年代前,科学家都没有发现暗能量的存在。那时候科学家一度认为,宇宙爆炸之后,其膨胀的进程已经减缓,甚至会趋于停止。

然而通过对大量新天体的观测,科学家们才进一步发现宇宙的膨胀并没有任何停止的迹象。

而且通过同比此前星系的出现,科学家甚至测定宇宙膨胀的速度还在加速中。对于这种现象,朴次茅斯大学的研究人员给出了他们的研究结论。

宇宙在最初发生爆炸的时候,由于引力的影响,它膨胀的速度反倒是比较慢的。然而随着时间的增加,因为暗能量在其中发挥的关键作用,这一速度加快了。

如果暗能量在宇宙中持续增加,不但会加速宇宙的膨胀,而且也会让各星系之间相互远离,并最终导致行星和恒星之间都会分离。

这种剧烈的变化,甚至能够将原子核给撕扯出来,而宇宙的结局最终将会是被撕裂。听起来不可思议,但这一理论的提出者还给出了具体的时间。

220亿年后, 整个宇宙因为膨胀到极致,就会走向最终的撕裂。时间是线性的,暗能量密度的增加,也是顺着时间行进的方向增加的,这边是宇宙最终走向撕裂的根基。

按照这一假说,届时宇宙内的所有都会分解成基本粒子和辐射。至于撕裂后宇宙会变成什么,那就不得而知了。

形象一点去理解,走向撕裂的宇宙,好比盘古开辟出来的天地在持续彼此远离,最终就连天地本身都分离了。

好比一块刚出炉的面包,你把它掰开了,两半面包之间就像是那种撕裂的状态。当然,这一切仅仅是假说。

关于宇宙的结局,还有另外的观点。

宇宙会走向坍缩

相信撕裂的出现,是暗能量在发挥作用,而有的科学家则认同重力学,按照这一理论,宇宙的未来是不可避免的坍缩。

从常规的理解来看,整个宇宙内的物资和粒子只是在相互转化形式,但它的质量并不会发生变化。

就像地球上一棵树死了,它整体会转化成其他物质形式继续存在。再比如一颗天体因为碰撞而发生分裂爆炸,形态虽然发生了改变,但内在的物质并没有变。

物质不变,相关的引力作用就会持续存在。按照坍缩的观点,最终宇宙的膨胀会因为引力的作用而减缓。

一旦宇宙真的停止了膨胀,它就会从向相反的方向发展即发生坍缩。 至于坍缩之后会怎么样,这正是该理论有趣的地方。

膨胀需要时间,坍缩同样也需要时间,这一观点认为坍缩到最后, 宇宙将会恢复到原来的状态。而接下来,就又会从起点爆炸并开始膨胀。

正如文章开头所说的那样,盘古开天辟地创造出来的世界,它还会恢复成原来的样貌。而且按照这一理论,该过程是循环发生的。

只是不知道,在膨胀和坍缩的过程中,宇宙内星球天体的形成是否一样。如果宇宙内天体的形成在循环中也是一样的,那地球上的生命应该也就是一种反复的循环了。

当然,由于科学家观测到宇宙膨胀的速度在加快,所以坍缩的理论,目前在天文学界并不是主流。

既然不会是坍缩,那么宇宙在未来会迎来什么呢?

在热寂中走向虚无的冻结

宇宙是一个整体,虽然它的范围不被人类所掌控,但相对于宇宙之外,它也是一个封闭的系统。这样一来,根据热力学的第二定律,由于熵增的不可逆转性,那么宇宙最终也会从有序走向混乱。

这种终结的模式,被称为大冻结,或者是叫热寂。 熵增的过程,是持续且不可逆的,好比你打碎了一个玻璃杯,这个杯子并不能原路返回恢复本来的面貌。

同样,宇宙万事万物也是这样运转的,只要是过去了的事情,只要能量完成了消耗,那就不会重复也不会返回。

就跟人的生老病死一样,宇宙也在经历生死。按照熵持续不断的增加,宇宙中混乱而无序的状态也会达到最大值。

在这个过程中,构成恒星的关键气体会逐步消耗殆尽。而各个恒星也会因为死亡而停止发光发热。

宇宙会陷入黑暗之中,哪怕是黑洞,最终也会根据霍金辐射的原理而消失。而接下来的宇宙,就会开启长时间的虚无状态。

当然,从宇宙现在的状态走向热寂,整个过程可能需要10^1000年。 这是一个相当漫长的过程,其中恒星等天体存在的时间只占据很小的一部分。

其余大多数时间,都是恒星死亡后逐步形成的黑洞在主导。当黑洞也完全消失后,宇宙就彻底陷入了热寂。

接下来的宇宙,会持续这种状态,还是会发生怎样的改变,目前科学家也不知道。

不过有科学家相信,未来的宇宙有可能会在陷入热寂状态后,再一步步走向撕裂。至于为什么会是这样,科学家只给出了答案,并没有给出解释。

那么,宇宙最终的命运,谁拥有发言权呢?

1000亿年后迎来宇宙的命运

按照目前科学家的解释, 未来宇宙的命运,至少还有1000亿到1400亿年的时间。 我国神话传说中经常提到和天地同寿,而这也仅仅是恒星等天体的寿命,和宇宙比起来,恒星等天体的寿命还是太短暂了。

争论宇宙的终极命运,上述几种结局似乎都有道理,但目前的人类又无法去证伪。

爱因斯坦还在活着的时候,为了解释宇宙为何不会崩塌,曾经提出过一个模糊的宇宙学常数。过后,他本人认为这个量是错的。

可是到了本世纪初,随着暗能量的发现,这种反引力的存在,和爱因斯坦当年的设想竟然有着一致性。

这似乎就意味着,未来起关键作用的还是暗能量,只是科学界也不知道它会将整个宇宙带到哪里。

有意思的是,宇宙出现了上百亿年,听起来相当的漫长,可和未来宇宙长达千亿年甚至万亿年的黑暗和虚无相比,上百亿年的时间短暂到几乎不值一提。

这样一来也就意味着,宇宙里的一切喧哗与骚动,都发生在宇宙爆炸后的那一瞬间。最后就是走向黑暗,堕入永恒的虚无而归于寂静。

所以这样一来,现在去探讨宇宙的终极命运,就显得非常可笑。不过,还是有人不死心的认为,一切的关键都在暗能量身上。

未来,只要暗能量能够反过来再度影响宇宙,一切或许会重新开始。但是,暗能量这个词汇的发明人,科学家迈克尔·特纳却认为, 不会有什么奇迹发生,由暗能量主导的宇宙,未来就是如此的无聊。

结语

如此一来,真正主导宇宙命运的,看来还是永恒的虚无和寂静。而一旦涉及到这种话题,科学又会延伸到哲学领域。

而从整个来看,它又会带给人一种悲观,甚至将人引入到虚无的悬崖边。如果真是这样的话,那么思考宇宙的终极命运,本身也就没什么意义了。

不管宇宙最终的结局什么,也不管宇宙活力的一部分占比有多少,可都不妨碍宇宙拥有有趣的一部分。正是这部分的存在,才是地球乃至人类的意义。

参考资料:

【宇宙的终极命运将会怎样】 科技日报 2018年10月26日
【谁会对宇宙作最后发言?】 世界科学 2023年8月28日