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宇宙死亡的三種方式

宇宙終將死亡。但為何?又是如何?以及宇宙會就此永遠死亡嗎?還有,我們是怎麼知道的?


首先,宇宙正在膨脹,應該說不只是膨脹,宇宙正在加速膨脹。原因就是:暗能量。科學家認為暗能量是一種奇異現象,它充斥於整個宇宙之中。一直到1998年,我們終於了解到宇宙就像一個拋向天空的小球。球向上飛行,但總是會在某個時間再次落下,但宇宙的膨脹速度實際上是在加速,就像把小球丟向空中,然後看著它飛走,然後越飛越快。

宇宙死亡的三種方式
宇宙大爆炸被認為是目前宇宙的起點


那加速度究竟來自何處?這個嘛,我們不知道,但我們叫他「暗能量」。愛因斯坦首先意識其存在,但他後來認為暗能量不可信,現在的天文學家認為它的存在可能性很高。問題是,它是個理論,而我們實際上也並不知道暗能量的性質。

不過,有多種理論來闡述了宇宙可能的三種大結局。


第一種:「大撕裂(Big Rip)」。


自誕生起,宇宙從未停止膨脹。而基於某種未知的原因,膨脹所產生的空間在各處平均分配著。由於星系之間的空間膨脹,所以它們的距離越來越遠。雖然而在星系內的空間也在膨脹,但是引力的強度依然足夠來維持星系的完整。

宇宙死亡的三種方式


大撕裂使一切都不復存在

然而,在大撕裂模型中,空間膨脹的速度變得極端的快速,空間的膨脹快到引力再也無法抵銷它的效果,結果就是「大撕裂」。首先,像星系一樣的大型結構遭到撕裂,這是因為單個物體之間的空間的快速膨脹。接著,諸如黑洞、恆星和行星等大型天體的死亡,因為它們的引力再也沒能力將它們聚在一起,所以它們分解成其組成物質。最後,空間膨脹的速度會超過光速。然後原子會被其影響而無法形成化學鍵。


當膨脹速度超越光速,宇宙中的任何粒子,將再也無法產生任何交互作用。宇宙將分解成無數的孤立粒子,它們在這個奇異、沒有時間的宇宙中接觸不到任何東西。嗯...而你說你很孤單寂寞?!


第二種:「熱寂(Heat Death)」或「冷寂(Big Freeze)」。


簡單來說,熱寂和大撕裂的不同處在於:在熱寂中大多物質會維持其完整性,並且會耗費很長但有限的時間轉變成放射物,而同時,宇宙也會永遠的膨脹下去。這是怎麼回事呢?


我們得先談談熱力學中「熵」的概念,所有系統總是傾向於變成熵值最高的形態(即熵增原理)。就像一杯咖啡一樣,雖然在一開始時,存在著不同的溫度區域,但隨時間過去,它的溫度總會降下來直至均相。這點也同樣適用於宇宙。

宇宙死亡的三種方式

宇宙可能消亡於無盡的冷寂之中


所以,當宇宙變的越來越大時,物質會慢慢的衰變與分散。在未來某時,數代的恆星凋亡後,而所有可以用於形成恆星的氣體雲耗盡後,宇宙將開始轉入黑暗。最後一代恆星將會死亡;黑洞也將慢慢的縮小,在數萬億年後最終蒸發殆盡(這個現象是由霍金輻射引起)。在黑洞蒸發殆盡後,宇宙中僅會殘存少量的光子與輕粒子。在那些粒子也衰變之後,所有宇宙中的活動終會止息於此,熵值達到最大值,宇宙也永遠死去。


除非...理論上,有種現象可能發生,在一段無限長的時間過後,熵值可能會自發地減少,並引發一個被稱為「量子隧穿(quantum tunneling)」的效應,而再一次出現大爆炸(Big Bang)。

宇宙死亡的三種方式宇宙全貌


第三種:「大擠壓(Big Crunch)」和「大反彈(Big Bounce)」。


這個是所有結局中讓人開心的一個。如果暗能量比我們所想像的要少,或如果暗能量會隨著時間減少,引力將會再次主宰宇宙。在萬億年內,宇宙的膨脹速率將會減速,甚至停止。在那以後,一切都會倒轉。隨著宇宙變得越來越小,星系會彼此慢慢融合。由於較小的宇宙也意味著較高溫的宇宙,溫度會在宇宙各處同時升高。

在大擠壓發生千年前,背景輻射會變得比大多數恆星表面的溫度都高,這也意味著它們會被從外往內加溫。在大擠壓發生幾分鐘前,原子核會被撕裂,超大質量黑洞會在不久後吞噬一切。最後,所有的黑洞會融合成一個究極黑洞(supermassive mega-black hole),它擁有整個宇宙的質量。而在大擠壓前幾秒,它會吞噬整個宇宙,甚至吞噬掉它自己。

宇宙死亡的三種方式
最終究極黑洞將會吞噬一切


大反彈理論認為這個過程已經發生過很多次了,而宇宙也因此經歷過了無數次的膨脹和收縮。這樣不是也很好嗎?


所以宇宙的終焉究竟會發生什麼事呢?從現在看來,熱寂似乎是最有可能的結局,但我們怪羅希望這個「永遠死去」之類的是錯誤的,而是宇宙將一次又一次的重新開始。

宇宙死亡的三種方式宇宙創生於138.2億年前的一場驚天大爆炸
既然我們完全不知未來宇宙會走向何方,我們不如就認為那個最正面的理論「大反彈」是正確的吧!



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