宇宙的命運會是什麼:熱寂、大撕裂或宇宙意識?

    加入我們永遠收到最新的消息

宇宙擴張

藉著拼湊正在增加中的證據數量,宇宙論者正更加的了解什麼是宇宙的前景和終極命運。恐怕結局不是好的。恆星會停止形成、而黑洞會掌權,直到它們最終消失成虛無。可能甚至會有“大撕裂(Big Rip)”即將發生。但對那些不介意再等101050年左右的人來說,當一些奇異的事件可能發生的話,事情可能會好轉。

但當我們思量在非常遠之後的未來偶發事件前,讓我們先從我們所知道的過去和未來開始討論。

過去

星系擴張

我們之所以能夠調查過去宇宙的演化是因為,在這件事情上,天文學可以跟考古學相提並論。明確的說:我們看離我們的母星球越遠的地方,我們越看到宇宙時間更久遠的一面。而當我們看到時間久遠的一面,我們發現星系比現在的更為靠近。雖然只有在許多證據中有這一樣證明,這個發現(結合愛因斯坦的廣義相對論)意味著宇宙曾經歷大爆炸且自從那時候就開始擴張到現在。

現在

案能量

前一個世紀,其中一個現代宇宙論最迫切的爭議就是測量宇宙的減速率。考慮到在宇宙中發現的物質的數量,這被認為它可能足夠造成最終擴張後的縮小。

明顯地,兩個科學家的獨立團隊找出了完全相反的一面。宇宙並不是正在縮短,而是正在加速擴張。這個深刻的發現促成了2011的諾貝爾物理學獎的贏得。然而,明白關於這個發現的牽連還是很有挑戰。

其中一個思考宇宙加速的方法,就是一定存在著充滿宇宙的某種物質(或場域),這物質會施加一個反面的壓力(或一個相斥的引力)。我們叫它暗能量。

這可能聽起來有點牽強,但是為了證實宇宙的加速跟暗能量的存在,一連串的獨立實驗已經被實行了。從2006年開始,我參加了WiggleZ暗能量的研究,一個證實宇宙加速的獨立實驗。我們不只發現宇宙的加速正在發生,我們也提供了造成這一切都是因為暗能量的、令人信服的證據。我們發現暗能量減速了巨大超星系團的成長。

我們因此提議說暗能量是真實的。如果暗能量的概念跟它相斥的引力太奇怪的話,那另一個要考慮的替代方案就是:可能我們的引力理論需要被修正。這實現的方法可能會跟相對論促進牛頓地心引力一樣。不然就是,我們需要一個新的物理理學來解釋它。

未來

太空

在轉向極久遠的未來之前,我會提到另一個有關的研究:GAMA。藉著這個研究,我們發現宇宙正在逐漸“死亡”。換句話說:星星形成的高峰期已經在我們之後,而宇宙已經開始在消失。

“立即的”未來能夠被一些確據預測。從現在起五十億年之後,太陽會進入紅巨星期。令人沮喪地,再二十億年之後,它將會吞食掉地球。

在那之後,暗能量相關的力量跟它會怎樣歷時演變,開始變的重要了。暗能量相斥的壓力越強越快,宇宙就越更可能經歷大撕裂。坦白的說:大撕裂就是當暗能量的相斥力勝過引力(還有其他所有事物)時,會發生的事。藉著引力聚集的天體(像我們的超星系團、我們的銀河系、我們的太陽系、還有最終,我們自己)會被撕成碎片,而最終(大概)留下來的只是一塊塊孤獨的真空狀態。

從WiggleZ研究跟其他實驗而來的數據並沒有排除大撕裂的可能性,但把發生的時間推向很遙遠的未來(如果真的有的話)。

有點更加迫切的是宇宙的熱寂(heat death)。當宇宙繼續擴張,我們將會無法觀察自己群集之外的星系(離現在有一意年)。當恆星的形成需要的氣體供應耗盡,恆星的形成將會在大概一到一百萬兆年間停止。雖然還會有一些恆星存在,但是它們將會在120兆年以後耗盡燃料。在那時間點留存下來的全部,是恆星的殘留物:黑洞、中子星、白矮星,這些是幾個主要的例子。從現在起1020年,大部分這些物質都會被星系中心的超質量黑洞吞噬。

超質量黑洞

這樣,宇宙會越來越黑與更沉靜直到沒有什麼事發生為止。接下來會發生什麼事完全依賴於宇宙中的物質多快。形成原子的質子、跟中子與電子,被認為會逐漸衰敗成亞原子粒子,如果你等的夠久的話。所有一般物質會消失的時間已被計算出是從現在起1040年之後。在這之後,只有黑洞會殘存。而甚至它們也會在幾個10100 年之後消散。

到這時候,宇宙會變成一個真空。殘存的微粒,像電子跟輕的粒子(中子),會因為宇宙的擴張距離非常遠,而且幾乎不,如果有,互相影響。這是真正宇宙的死亡,被稱為“熱寂”。

這想法從熱力學的第二定律而來,也就是陳述說:熵(測量 “無序”或一個系統可以被不同方式安排的方式)永遠在增加。任何系統,包含宇宙,最後會演變成極致的無序(就像方糖總是在一杯茶中分解,但會花一段非常長的時間偶然回到有序的方塊結構)。當宇宙中所有的能量一致的散盡,將不再有熱量或自由的能量提供給消耗能量的過程,例如生命。

玻爾茲曼大腦跟新的大爆炸

波爾茲曼大腦

所有以上所說的看起來絲毫無希望。所以我將會用高推測結束這篇短文,可能是錯的、完全不可檢測,但是是更加正面的敘述。

根據量子學的奇怪規則,隨意的物質可以從真空中冒出來。而這不只是一個數學上的怪事:粒子的存在突然發生然後突然再消失,在粒子學的實驗上是很常被看見的。然而,沒有理由為什麼我們稱呼的“量子漲落”不能引起一個完整原子的存在發生。

還有人推測“大腦”,被取名叫波爾茲曼大腦(Boltzmann brain),能夠這樣被創造。這種東西要出現的時間要多久?這已經運算出來是101050年。

而一個新的大爆炸?可能大約10101056年後將會發生。
加入好友
來源: Iflscience