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為什麼宇宙萬物最終都可能會衰變成光子和輕子?

根據現有的理論,宇宙的結局之一可能是熱寂。因為宇宙的熵一直在增加,經過漫長時間之後將會達到最大值,所有物質的溫度達到平衡,宇宙中的有效能消耗殆盡。

目前的宇宙正在不斷形成恆星,恆星數量還在凈增長,所以宇宙還是一片生機。但隨著時間的流逝,氫和氦最終再也無法聚集形成新的恆星,宇宙中壽命最長的紅矮星也會燃燒殆盡。由於行星和死亡恆星的公轉運動會不斷輻射出引力波,最終會導致它們脫離原有的軌道。

如果質子的壽命不是無限的,而是也會存在衰變,那麼,隨著時間的推移,組成宇宙萬物的質子將會逐漸衰變。按照質子衰變理論,到了10^36年之後,大約會有一半的宇宙物質發生了質子衰變。當質子衰變之後,它們會產生中性π介子與正電子這樣不參與強相互作用的輕子。中性π介子並不是穩定的,它們會進一步衰變成光子,具體來說是伽馬射線。

到了10^40年之後,構成宇宙物質的質子都會完全衰變,那時的宇宙中只有輕子、光子和黑洞。到了10^100年,宇宙中的黑洞將會因為霍金輻射而完全蒸發,最終的宇宙物質只剩輕子和光子。宇宙的能量狀態達到最低,並且有可能一直保持在這種熱寂的狀態。

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