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宇宙有哪四种灭亡方式?

研究认为我们的星球难免会遭到厄运——约60亿年之后,太阳内部的氢元素将会全部消耗殆尽,太阳光会因此消失,届时地球生命将因而失去能量来源而灭绝。

研究认为我们的星球难免会遭到厄运——约60亿年之后,太阳内部的氢元素将会全部消耗殆尽,太阳光会因此消失,届时地球生命将因而失去能量来源而灭绝。那时的太阳会膨胀变大,将会经历红巨星、白矮星、黑矮星而灭亡。然而地球只是太阳系中的一颗行星,太阳只是银河系中上千亿个恒星中的一颗,就算是浩瀚如银河系,也只是在可观测的宇宙中数千亿个星系之一。那么,这整个广阔的宇宙,将会以何种方式结束如今的存在?本文介绍了宇宙灭亡的四种可能的方式。

大冻结

是什么使得我们这个世界能够合理地运转?答案是能量!你的车能开动是因为汽车消耗了能量;你的笔记本能运行是因为有电能,而这个电能是由燃料燃烧产生的热能转化来的;包括人在内的所有地球生物之所以能维持生命,得益于太阳的能量。如果有一天,宇宙的能量全消耗完了,你能想象会是什么样子吗?毫无疑问,那时宇宙就会像死了一样寂静,科学家们称之为“热寂”。也有人也称为“大冻结”,意为万物的活动被冻结。众多科学家猜测我们的宇宙将以大冻结的方式结束。

宇宙有哪四种灭亡方式?

那么,为什么会发生这个情况呢?这是由热力学第二定律得出的。

热力学第二定律是热力学基本定律之一,它揭示了这么一条原理:在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。也就是说,我们整个宇宙在朝着熵增大的方向在前进,终有一天宇宙的熵会达到最大值,而后将不再改变。当宇宙的熵达到最大值时,宇宙中的其他有效能量已经全部转化为热能,所有物质都因达到热平衡而处于相同的温度下。到时,由于燃料耗尽,所有的恒星都不再发光,宇宙的热活动终止,整个宇宙陷入一片阴冷无生机的大黑暗当中。

在19世纪初期热力学发展以后,热寂是宇宙灭亡的唯一选项。但进入20世纪以后,随着科技的进步和天文物理学的发展,人们对于宇宙的了解更加深入,更多宇宙灭亡的可能性被提出来。如今关于宇宙如何灭亡的猜测已经超过了10种。

大坍缩

对相对论和量子力学两大领域都作出杰出贡献、被誉为20世纪最伟大的物理学家的爱因斯坦居然也曾公开承认错误,并且将这个错误称为“一生中最大的错误”。

这是怎么回事呢?原来,爱因斯坦一开始就相信宇宙是静态的,不会膨胀也不会缩小。但是这与他自己创造的引力场方程相矛盾——从引力场方程可以推断出宇宙是变化的。为了支持宇宙是静态不变的观点,爱因斯坦往引力场方程里加入了一个常数,称之为“宇宙学常数”。然而在1929年,美国科学家哈勃发现星系红移的哈勃定律,证明宇宙在不断的膨胀,彻底否定了爱因斯坦的“静态宇宙模型”。听到哈勃的发现后,虽然当时爱因斯坦已经“名震天下”,但他仍十分大度地公开承认往引力场方程引入宇宙学常数是个错误的行为。

宇宙有哪四种灭亡方式?

哈勃定律奠定了膨胀宇宙模型的基础,膨胀宇宙模型目前仍被广大科学家所接受。一个自然而然的问题随之出现,宇宙会一直膨胀到什么程度?最终的结果会是怎么样的?如果宇宙永无休止膨胀的话,热寂依然是宇宙的结束方式。

但以霍金为代表的科学家认为:当宇宙膨胀到一定程度以后,膨胀停止。然后随着引力的作用,宇宙将开始收缩,向内塌陷,直到它坍塌回为超级热、超稠密的奇点。

这是因为宇宙初始的大爆炸产生了非常强大的冲力,促使宇宙向外膨胀。但如果宇宙的密度足够大,就会迫使这种膨胀的趋势减弱,速度减慢。而当膨胀到一定程度以后,宇宙就会由于引力的作用开始收缩。暗物质的发现给了我们无限遐想,这种无处不在但却看不见的物质也许大量充斥空间,能产生强大的引力帮我们把这个世界拉回来。

但“大坍缩”理论在世纪之交时遭到了“闷头一棍”—— 1998年,美国劳伦斯伯克利国家实验室天体物理学家索尔·珀尔马特通过观测Ia型超新星发现:宇宙在加速膨胀!如此看来,宇宙的引力并没有像我们所想象的那样起作用,似乎“大冻结”比“变回奇点”的可能性要大得多。

大变化

想象这样一个场景?一个人手里握着一粒神奇的“冰晶”,他把“冰晶”往海里一扔,全世界的海瞬间结冰了。

这是什么冰晶如此厉害?这就是冰9。

实际上,一杯水想要结冰,首先就要先形成冰晶,而冰晶的产生不仅仅要求温度低于水的熔点,还要求水中最好要有杂质——杂质有助于冰晶的形成。而一旦有一粒冰晶存在,整杯水就会像触发机关一样的快速凝结成冰。所以,一杯100%纯净的水,即使水过冷(温度低于熔点),它还不会结冰。但你只要往水里扔一粒冰晶,水瞬间就会全部结冰。物质倾向于向更加稳定的状态转化——假设有一个球被放在一个小坡的坡顶,坡顶的球不稳定,容易滚到低处。这时只要有人推一下球,球就会滚到相对稳定的坡底。类似的,低温下的水结冰就像是坡顶的球滚下坡底,而冰晶就是推动球滚动的外力。

宇宙有哪四种灭亡方式?

冰9其实是科特·冯内古特的小说《猫的摇篮》中出现的一种虚构材料。冰9的熔点为45.8℃。当冰九与温度低于45.8°C的液态水接触时,它会充当晶种,并导致水凝固,形成更多的低能量的冰9。这个事情看起来很荒谬,却给我们一个深深的启发:宇宙会不会就像一杯过冷的水,它将一直平稳运行,直到一个带来灭顶之灾的“冰晶”出现,这将导致宇宙的状态迅速向“冰”转化。

科学家们认为这个“冰晶”就是真空气泡。真空气泡里面并非没有物质,因为根据量子力学的原理,真空内也存在粒子,但它们是瞬间产生和衰变的。真空气泡以宇宙最低能量的状态存在,它可以吞并一切。其灭亡宇宙的方式便是真空衰减——真空气泡以光速席卷一切,其范围也不断变大。被它笼罩住的区域内,不仅生物无法存活,所有的物质甚至都会被打得粉碎,变成看不见的微观粒子。

大撕裂

2003年,美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特·卡德威尔提出了“大撕裂”假说。卡德威尔认为:550亿年后,宇宙膨胀到一定的程度,宇宙里所有的物质都会被撕裂,甚至连原子都不能幸免。小如原子都可能被撕裂,这个结局无疑是十分惨烈的,着实令人恐惧!

一般来说,宇宙的物质(包含普通物质和暗物质)产生的引力使宇宙有收缩的趋势,但一直以来宇宙的膨胀并没有一丝减慢的迹象,甚至还在加速进行。很明显,物质的引力作用败给了一种促使宇宙膨胀的神秘力量,科学家们将这个未知的幕后“推手”称为“暗能量”。而正是这股将宇宙撑大的未知能量——暗能量,可能在几百亿年后将宇宙撕个粉碎。

宇宙有哪四种灭亡方式?

为什么暗能量将会撕裂宇宙呢?因为暗能量能提供一种未知的斥力,该斥力使得能使物质相互排斥。当暗能量的数量达到一定值时,它产生的斥力变得非常强,远远大于现在已知的四种基本力——万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力,足以撕开所有坚固的星系。任何物质甚至连原子都将被撕裂。虽然宇宙一直在膨胀,但暗能量的密度却是一个恒定值,这意味着暗能量的数量会随着宇宙的膨胀而变大。可以想象,宇宙膨胀几百亿年后,各个星球已经相距得非常远。当你身处其中一个星球时,你基本可以认为其他星球不存在。但这还不是最差的结果,因为你身处的这颗星球也即将消失——彼时的暗能量变得相当大,所有的物质就会被碎裂成微小的粒子,整个宇宙将成为一片看不到的废墟。

毫无疑问,不管宇宙以这四种方式中的哪一种灭亡,人类都将遭遇灭顶之灾。但就算宇宙终将走向灭亡,那也是几百亿年后的事情,留给人类的时间还很充足。所以我们现在担心宇宙灭绝,未免有点杞人忧天。人类也并非不能挺过宇宙大劫难,因为根据平行宇宙理论,这个世界可以允许多个宇宙并行——我们可以创造出一个宇宙,然后跳进去,即使外部的宇宙发生巨大变化,人类可以在自己创造的宇宙里面安全度过危机。

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