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一个忠实地服从自己理性的人必须准备忍受殉道的命运

 
   

宇宙的终极命运

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       宇宙的终极命运是物理宇宙学中一个主要的议题。许多科学理论都对宇宙的命运做出预测并成为竞争的对手,包括未来与时间是有限还是无限。


       自从宇宙起源于大爆炸并经历暴胀的概念为大多数科学家接受之后,宇宙的终极命运就成为宇宙论可以探讨的问题,取决于物理上的性质:在宇宙中的质量/能量,它们的平均密度和膨胀速度。


      在爱因斯坦于1916年提出广义相对论之后,宇宙的终极命运在科学上成为能够探讨的问题,可以用广义相对论来描述有最大规模的宇宙尺度。广义相对论的方程是有许多不同的解,每个解都意味着一种可能的宇宙终极命运。弗里德曼在1922年就提出了一些如同勒梅特在1927年提出的解。其中有一些宇宙最初是从奇点开始膨胀,基本上,这就是大爆炸。


      在1931年,哈勃出版了他研究的结论:根据他对遥远星系造父变星的观测,宇宙是膨胀的。此后,宇宙的开始和它可能得结束就成为科学研究的重要议题。


      在1927年,勒梅特提出了以后被称为大爆炸的宇宙起源理论。在1948年,霍伊尔提出了反对的稳态理论,认为宇宙在统计上是稳定不变的,但是不断的有新物质被稳定的创造而扩大。这两个理论都有积极的赞同者,直到1965年彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景辐射,这是大爆炸理论预测的一个事实,并且是稳态理论所无法解释的。结果,大爆炸理论很快就成为宇宙起源最普遍被接受和持有的观点。


      根据天文观测和宇宙学理论,可以对可观测宇宙未来的演化作出预言。均匀各向同性的宇宙的膨胀满足弗里德曼方程。多年来,人们认为,根据这一方程,物质的引力会导致宇宙的膨胀减速。宇宙的最终命运决定于物质的多少:如果物质密度超过临界密度,宇宙的膨胀最后会停止,并逆转为收缩,最终形成与大爆炸相对的一个“大挤压”;如果物质密度等于或低于临界密度,则宇宙会一直膨胀下去。另外,宇宙的几何形状也与密度有关:  如果密度大于临界密度,宇宙的几何应该是封闭的;如果密度等于临界密度,宇宙的几何是平直的;如果宇宙的密度小于临界密度,宇宙的几何是开放的。并且,宇宙的膨胀总是减速的。


      热寂理论是猜想宇宙终极命运的一种假说。根据热力学第二定律,作为一个“孤立”的系统,宇宙的熵会随着时间的流逝而增加,由有序向无序,当宇宙的熵达到最大值时,宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能,所有物质温度达到热平衡。这种状态称为热寂。这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在。热寂理论最早由汤姆森于1850年根据自然界中机械能损失的热力学原理推导出的。


      热寂理论起源于十九世纪物理学家对热力学第一定律和热力学第二定律对宇宙进程的影响的研究,特别是汤姆森在1851年对当时的一个动态热力学理论实验做出了如下描述:“热量并非一种物质,然而是机械作用的一种动态形式,我们认识到机械功与热量之间必须是相关的,就如同因与果”  随后,热寂理论又由亥姆霍兹和威廉·朗肯加以发展。


      宇宙热寂说仅仅是一种可能的猜想,并没有任何事实证据支持该学说的正确性。


      大挤压(亦称大崩坠),是一个解释宇宙如何灭亡的过程,是由宇宙膨胀论延伸而来的,宇宙膨胀论认为,宇宙是从一团炽热的火球膨胀而成的。而且到目前为止都还在膨胀,但是宇宙的物质如果够多,产生够大的重力,会让宇宙停止膨胀,并且收缩,这会让宇宙回复到刚诞生时炽热的状态,如果没有,宇宙就永无止境的膨胀。根据研究显示,把宇宙所有可见的物质加进去只能达到让宇宙塌缩的1%—2%,但是宇宙中可能有一种不发光的物质叫暗物质,因此不能用望远镜观测到,如果把这种估计的暗物质加进去,大概占让宇宙塌缩质量的10%—20%,但宇宙学家又预测宇宙中有另一种更神秘的物质(又被称为暗能量),比暗物质更不容易观测到,如果这样宇宙中的暗物质就会超出让宇宙塌缩质量的下限。


      大反弹是说明宇宙起源的科学理论之一,是由德国物理学家伯卓瓦提出的。理论认为,宇宙形其实是不停重复大爆炸和大挤压的过程,也就是说,宇宙是一直不停的收缩和膨胀。因此我们所说的宇宙的起源(也就是大爆炸)可能只是上一次宇宙大挤压造成后果。


      大撕裂是一种宇宙论假说,在2003年首度被发布,关于宇宙的终极命运,假说中认为宇宙中的物质,从恒星和星系到原子和次原子粒子,在有限时间的未来会因为宇宙的膨涨进一步的被撕裂。理论上,宇宙的尺度因素在未来有限的时间会变得无限大。


      这个假说对宇宙中暗物质的类型有着极度关键的依赖性。关键的数值是状态方程w,暗能量压力和能量密度之间的比例。 当w< −1,宇宙最终将因拉扯而分裂,这种能量称为幻能量,精质的一种极端形式。


      在以幻能量为主导的宇宙中,宇宙中的"丝状结构"会以前所未有的比率增加。然而,这也暗示可观测宇宙的大小是持续的退缩中;无论是多么的接近边缘,可观测宇宙的距离都是以光速远离的那些地点。当可观测宇宙小于任何一种的基本粒子时,无论是重力或电磁力(无论是弱或强),即使在结构上能达到的最远处也没有交互作用存在,并且它们将被剥离开。


      首先,星系将彼此远离。值得争议的是已经移动至可观测宇宙之外的星系(估计在465亿光年之遥),目前发生了什么事。大约在结束之前的6000万年,重力将减弱至无法将银河和其他个别的星系联系在一起。在结束之前的三个月,太阳系将不再受到重力的束缚。在最后的三十分钟,恒星和行星都将被扯散掉,而在最后的瞬间,原子也会被摧毁。


      这个假说的创造者,达特茅斯学院的领导者考德威尔,计算认为宇宙的末日约在从现在起之后的500亿年。

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