當前位置: 華文世界 > 科學

1400億年後,宇宙將迎來終極命運?是走向熱寂,還是塌縮後重開?

2024-04-02科學

有一天,盤古和上帝閑聊的時候,上帝問了盤古一個問題: 你和我創造了這個世界,想過將來怎麽終結它嗎?

盤古一時不知道說些什麽,那柄開天辟地的巨斧放在角落都要生銹了。正是靠著斧子,天和地才從混沌一片慢慢分開的。

他看向上帝,然後如實說不知道未來會是什麽,然後又問了上帝一句,未來難道還能合並不成?

上帝聽後笑著說道,還真讓你說對了,起碼那顆星球上的小人們認為,未來的世界還會恢復到原來的狀態。

不過,要讓宇宙恢復到原來的狀態,首先得走向極致的撕裂。

暗能量主導的宇宙終結

從古至今,人類認知中的宇宙都是混沌的。不同的地方在於,古人因為不了解情況,將宇宙的混沌理解為孕育。

而現代科學家眼裏的混沌,僅僅是一種視覺現象,其背後的本質是宇宙在持續膨脹。目前的主流觀點是,宇宙的爆炸發生於138億年前,這就好比盤古在當時一斧子劈開了世界。

不同的地方在於,古人眼中的開天辟地,中心區域位於地球。而現代科學理解的宇宙起源,似乎沒有中心區域,或者說到處都是中心區域。

唯一有意思的地方在於,古人眼裏的混沌世界猶如雞卵,即天地之間的世界是圓形的,等到天地區分出來後,天是半球形的,而地則是方的。

現代天文學雖然搞清楚了我們所處的星球是圓形球體,但是對於宇宙整體的形狀,卻還是有著很多不清楚的地方。

在天文學界,宇宙整體的空間構造,有著平直、閉合與開放的三種可能性,每一種構造分別對應了宇宙的整體形狀。可以將其理解為平面、球形和馬鞍面。

形狀和結構只是結果,科學家相信宇宙自爆炸以後, 從高密度的狀態不斷膨脹擴張,而形成了現在我們所看到的樣子。

古人的理解是濁氣下降,輕氣上升,以致出現了天地。而現代科學家的研究是, 宇宙內的物質和粒子,構成了其內在的全部成分,而且所有物質都在高速運動,並不僅僅是古人想象中的升和降。

在這其中,有一種被稱為暗能量的物質最為神秘。它似乎是宇宙內占比最大的質能, 科學家推測其占比為68.3%,雖然多可是卻並不了解它。

直到上世紀90年代前,科學家都沒有發現暗能量的存在。那時候科學家一度認為,宇宙爆炸之後,其膨脹的行程已經減緩,甚至會趨於停止。

然而透過對大量新天體的觀測,科學家們才進一步發現宇宙的膨脹並沒有任何停止的跡象。

而且透過同比此前星系的出現,科學家甚至測定宇宙膨脹的速度還在加速中。對於這種現象,樸茨茅夫大學的研究人員給出了他們的研究結論。

宇宙在最初發生爆炸的時候,由於重力的影響,它膨脹的速度反倒是比較慢的。然而隨著時間的增加,因為暗能量在其中發揮的關鍵作用,這一速度加快了。

如果暗能量在宇宙中持續增加,不但會加速宇宙的膨脹,而且也會讓各星系之間相互遠離,並最終導致行星和恒星之間都會分離。

這種劇烈的變化,甚至能夠將原子核給撕扯出來,而宇宙的結局最終將會是被撕裂。聽起來不可思議,但這一理論的提出者還給出了具體的時間。

220億年後, 整個宇宙因為膨脹到極致,就會走向最終的撕裂。時間是線性的,暗能量密度的增加,也是順著時間行進的方向增加的,這邊是宇宙最終走向撕裂的根基。

按照這一假說,屆時宇宙內的所有都會分解成基本粒子和輻射。至於撕裂後宇宙會變成什麽,那就不得而知了。

形象一點去理解,走向撕裂的宇宙,好比盤古開辟出來的天地在持續彼此遠離,最終就連天地本身都分離了。

好比一塊剛出爐的麪包,你把它掰開了,兩半麪包之間就像是那種撕裂的狀態。當然,這一切僅僅是假說。

關於宇宙的結局,還有另外的觀點。

宇宙會走向塌縮

相信撕裂的出現,是暗能量在發揮作用,而有的科學家則認同重力學,按照這一理論,宇宙的未來是不可避免的塌縮。

從常規的理解來看,整個宇宙內的物資和粒子只是在相互轉化形式,但它的質素並不會發生變化。

就像地球上一棵樹死了,它整體會轉化成其他物質形式繼續存在。再比如一顆天體因為碰撞而發生分裂爆炸,形態雖然發生了改變,但內在的物質並沒有變。

物質不變,相關的重力作用就會持續存在。按照塌縮的觀點,最終宇宙的膨脹會因為重力的作用而減緩。

一旦宇宙真的停止了膨脹,它就會從向相反的方向發展即發生塌縮。 至於塌縮之後會怎麽樣,這正是該理論有趣的地方。

膨脹需要時間,塌縮同樣也需要時間,這一觀點認為塌縮到最後, 宇宙將會恢復到原來的狀態。而接下來,就又會從起點爆炸並開始膨脹。

正如文章開頭所說的那樣,盤古開天辟地創造出來的世界,它還會恢復成原來的樣貌。而且按照這一理論,該過程是迴圈發生的。

只是不知道,在膨脹和塌縮的過程中,宇宙內星球天體的形成是否一樣。如果宇宙內天體的形成在迴圈中也是一樣的,那地球上的生命應該也就是一種反復的迴圈了。

當然,由於科學家觀測到宇宙膨脹的速度在加快,所以塌縮的理論,目前在天文學界並不是主流。

既然不會是塌縮,那麽宇宙在未來會迎來什麽呢?

在熱寂中走向虛無的凍結

宇宙是一個整體,雖然它的範圍不被人類所掌控,但相對於宇宙之外,它也是一個封閉的系統。這樣一來,根據熱力學的第二定律,由於熵增的不可逆轉性,那麽宇宙最終也會從有序走向混亂。

這種終結的模式,被稱為大凍結,或者是叫熱寂。 熵增的過程,是持續且不可逆的,好比你打碎了一個玻璃杯,這個杯子並不能原路返回恢復本來的面貌。

同樣,宇宙萬事萬物也是這樣運轉的,只要是過去了的事情,只要能量完成了消耗,那就不會重復也不會返回。

就跟人的生老病死一樣,宇宙也在經歷生死。按照熵持續不斷的增加,宇宙中混亂而無序的狀態也會達到最大值。

在這個過程中,構成恒星的關鍵氣體會逐步消耗殆盡。而各個恒星也會因為死亡而停止發光發熱。

宇宙會陷入黑暗之中,哪怕是黑洞,最終也會根據霍金輻射的原理而消失。而接下來的宇宙,就會開啟長時間的虛無狀態。

當然,從宇宙現在的狀態走向熱寂,整個過程可能需要10^1000年。 這是一個相當漫長的過程,其中恒星等天體存在的時間只占據很小的一部份。

其余大多數時間,都是恒星死亡後逐步形成的黑洞在主導。當黑洞也完全消失後,宇宙就徹底陷入了熱寂。

接下來的宇宙,會持續這種狀態,還是會發生怎樣的改變,目前科學家也不知道。

不過有科學家相信,未來的宇宙有可能會在陷入熱寂狀態後,再一步步走向撕裂。至於為什麽會是這樣,科學家只給出了答案,並沒有給出解釋。

那麽,宇宙最終的命運,誰擁有發言權呢?

1000億年後迎來宇宙的命運

按照目前科學家的解釋, 未來宇宙的命運,至少還有1000億到1400億年的時間。 中國神話傳說中經常提到和天地同壽,而這也僅僅是恒星等天體的壽命,和宇宙比起來,恒星等天體的壽命還是太短暫了。

爭論宇宙的終極命運,上述幾種結局似乎都有道理,但目前的人類又無法去證偽。

愛因斯坦還在活著的時候,為了解釋宇宙為何不會崩塌,曾經提出過一個模糊的宇宙學常數。過後,他本人認為這個量是錯的。

可是到了本世紀初,隨著暗能量的發現,這種反重力的存在,和愛因斯坦當年的設想竟然有著一致性。

這似乎就意味著,未來起關鍵作用的還是暗能量,只是科學界也不知道它會將整個宇宙帶到哪裏。

有意思的是,宇宙出現了上百億年,聽起來相當的漫長,可和未來宇宙長達千億年甚至萬億年的黑暗和虛無相比,上百億年的時間短暫到幾乎不值一提。

這樣一來也就意味著,宇宙裏的一切喧嘩與騷動,都發生在宇宙爆炸後的那一瞬間。最後就是走向黑暗,墮入永恒的虛無而歸於寂靜。

所以這樣一來,現在去探討宇宙的終極命運,就顯得非常可笑。不過,還是有人不死心的認為,一切的關鍵都在暗能量身上。

未來,只要暗能量能夠反過來再度影響宇宙,一切或許會重新開始。但是,暗能量這個詞匯的發明人,科學家邁克爾·端拿卻認為, 不會有什麽奇跡發生,由暗能量主導的宇宙,未來就是如此的無聊。

結語

如此一來,真正主導宇宙命運的,看來還是永恒的虛無和寂靜。而一旦涉及到這種話題,科學又會延伸到哲學領域。

而從整個來看,它又會帶給人一種悲觀,甚至將人引入到虛無的懸崖邊。如果真是這樣的話,那麽思考宇宙的終極命運,本身也就沒什麽意義了。

不管宇宙最終的結局什麽,也不管宇宙活力的一部份占比有多少,可都不妨礙宇宙擁有有趣的一部份。正是這部份的存在,才是地球乃至人類的意義。

參考資料:

【宇宙的終極命運將會怎樣】 科技日報 2018年10月26日
【誰會對宇宙作最後發言?】 世界科學 2023年8月28日