宇宙自我毁灭的三种方式

宇宙会消亡吗?它又会如何消亡?宇宙消亡后,是彻底的终点还是会诞生一个新的宇宙?

加速膨胀的宇宙

宇宙自我毁灭的三种方式

要回答这些问题,我们应当把目光转到宇宙本身上来。宇宙在膨胀,而且还处在加速膨胀的状态。到目前为止,我们认为暗能量是推动宇宙膨胀的主要原因。暗能量是一种奇怪的存在,我们无法探测到它,但它却弥漫在宇宙空间中,推动宇宙加速膨胀。

宇宙自我毁灭的三种方式

在以前,我们认为宇宙的运动方式有点像往空中扔一个球,球先向上移动,但在某一时刻它受引力作用,又重新落回地面。但是宇宙的膨胀实际上是在加速的,这就好比把一个球抛起来,它不仅不会掉落,反而会飞得越来越快。由于找不出宇宙加速膨胀的原因,我们姑且将其称作暗能量。

宇宙自我毁灭的三种方式

爱因斯坦首先提到暗能量的概念,就是我们常说的宇宙常数,但爱因斯坦认为给宇宙设定常数是愚蠢的做法,随后在方程中删掉了它。但通过现阶段对宇宙的观测,不少天文学家认为宇宙常数是可信的,它就代表了暗能量。问题是,我们无法观测到暗能量,更别提如何找到它。关于暗能量的一切都存在于纸上的公式上,我们不清楚暗能量的性质是什么。

有各种各样的理论,它们在暗能量的基础上,演绎出了三种宇宙不同的终局。

第一种:大撕裂

宇宙自我毁灭的三种方式

自宇宙诞生以来,它一直在未知的原因下膨胀。膨胀产生越来越多的新空间,拉大了星系之间的距离。星系内部的空间也会膨胀,但星系中的物质能产生足够的引力,在同向外扩张的膨胀过程较量中,引力暂时处于上风,这使得物质聚集起来,形成恒星、行星乃至生命。

宇宙自我毁灭的三种方式

但当宇宙膨胀加速到一个临界点时,空间膨胀速度超越引力作用限制,以至于星系物质重力无法再弥补膨胀带来的影响。当星系内部引力无法约束宇宙膨胀后,所有物质将会分崩离析,星系的整体结构会最先被撕裂,黑洞、恒星和行星这些大型天体会依次死亡,它们的引力无法在高速膨胀环境中支撑自身结构,被分解为一个一个的原子。

宇宙自我毁灭的三种方式

最终,宇宙任意一点的空间膨胀速度将超过光速。原子受其影响而被分解为基本粒子。这些粒子相互之间的距离会越拉越远,任何粒子都不能再与其他粒子相互作用。宇宙会分解成无数孤独的粒子,在这块寂静而又孤独的空间中,每一个粒子都成为了孤家寡人。

第二种:热寂

宇宙自我毁灭的三种方式

大撕裂和热寂都发生在一个膨胀的宇宙中,两者的区别在于,膨胀效应最终无法战胜星系内部引力,虽然物质不会解体,但在漫长的时间内,宇宙所有物质将转变为热辐射。达到热寂状态的宇宙,是真正的空无一物,在这片虚无之地,甚至连光都不会存在,只剩下永恒的黑暗。量子事件将会取代其他微观活动,主宰宇宙的一切。

宇宙热寂的结局,是从热力学第二定律推导出来的。宇宙作为一个孤立系统,它的熵会持续增加。最初,宇宙的不同区域具有不同的热量,空间中有各种各样的星系,宇宙处于一个相对有序的状态。

宇宙自我毁灭的三种方式

但随着时间的推移,物质会慢慢地衰变和扩散,白矮星、红矮星会因对外辐射损失质量而依次消亡,这时宇宙会因失去大量光源而黯淡下来。在10^40年后,质子也会衰减为伽马射线和轻子,最后只剩下黑洞。黑洞以霍金辐射的形式缓慢蒸发,在10^150年后,所有的黑洞将会蒸发完毕,这时宇宙中的所有物质全部转化为光子和轻子。

宇宙自我毁灭的三种方式

在10^1000年后,宇宙的熵达到最大,完成从有序到无序地彻底转变,所有有物质全部转换为热能,宇宙所有区域的热量相同,达到一种热平衡的状态。宇宙中再也没有任何有效的能量,这就是所谓的热寂。

最后一种:大坍缩

宇宙自我毁灭的三种方式

如果暗能量比我们想象的要少,或者随着时间的推移而减弱,引力将战胜暗能量带来的膨胀效应,成为宇宙的最终主导力量。再过几万亿年,总有一天宇宙的膨胀速度会因引力作用而减慢并停止,膨胀会逆转为坍缩。

宇宙自我毁灭的三种方式

当宇宙变得越来越小的时候,星系会相互碰撞并合并。更小的宇宙也意味着更热的宇宙,所以各处的温度都在瞬间上升。在大坍缩完成前的10万年,宇宙背景辐射比大多数恒星的表面都要热,所有的一切都会被从内到外完全烤熟。在大坍缩完成前的几分钟内,原子会被压碎,无数个黑洞合并为一个超大质量黑洞,并开始吞噬一切。最终,宇宙会浓缩为一个奇点,这个奇点包含了整个宇宙的质量。

宇宙自我毁灭的三种方式

宇宙又重新返回了起点,在合适的情况下,这个奇点引发宇宙大爆炸,重新形成一个新的宇宙,所有的一切都在大坍缩中循环往复。

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页面更新:2024-03-19

标签:爱因斯坦   宇宙   奇点   常数   星系   恒星   引力   粒子   黑洞   原子   分解   能量   物质   状态   自我

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