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科学家提出宇宙终止可能性 或自我膨胀形成无限虚空

美国太空网报道,一直以来科学家关于宇宙是否会终止,甚至它究竟会不会终止的问题不确定,近日他们提出了好几种宇宙命运的可能性,各种可能性分别名为大挤压(Big Crunch),大瑞普(Big Rip)和大冷冻(Big Freeze)。最终太空将自身坍塌,毁灭所有存在的恒星和星系,或者自我膨胀形成无限的虚空。

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图1 电脑模拟宇宙大规模结构形成的快照,展示了一亿年间导致,星系间的相关运动流向中央质量密度最高的区域。

乐观的想,宇宙的终止将要经历几十亿甚至几万亿年才会发生,我们之后很多倍子孙都无需担心。如果那个时候人类仍然存在的话,他们可能就要好好考虑下这个问题。

暗能量的作用

宇宙的命运很大程度依赖于暗能量。这种无法解释的能量与重力相反作用,撕裂宇宙。科学家曾在努力研究由于重力向内拉伸导致宇宙膨胀是如何减慢时,首次发现暗能量的存在。他们发现这种膨胀速率其实是在加快。这项令人震惊的发现使得三名天体物理学家获得了2011年诺贝尔奖。

如果这种暗能量在未来以相同的力量持续拉伸,那么太空将继续碰撞,星系之间的距离将拉伸的越来越宽,速率越来越快,最终由于距离太远,我们将无法看到银河系以外的任何东西,宇宙也将变得相对孤立,更冷、黑暗和空无,因此这种情境被称为大冷冻。

下注

科学家认为这种愿景是宇宙最可能的未来,因为对宇宙的最好的观测表明,暗能量的拉伸力气仍保持相对稳定。这符合了一种理论,即暗能量是爱因斯坦广义相对论中所谓的宇宙常数。

大瑞普

大冷冻并不是不可避免的。如果暗能量并不是恒量而是随着时间增加,我们可能面临科学家提出的大瑞普的情景。目前暗能量的强度并不足以克服小的局部的引力。然而如果暗能量变得更强,它足以抵消,并不仅仅是在宇宙星系间膨胀,而是在宇宙中膨胀。

大挤压

另一种可能性是暗能量的强度随着时间减少。这样的话,宇宙膨胀将会停止加速,最终减慢。如果暗能量足够微弱,引力将最终战胜暗能量把宇宙变回曾经的面目。这样的结果便是大挤压。“这种坍塌最初无害,宇宙的密度将会缓慢上升,” 波吉尔沃德说道,“到达某个时间点,这种坍塌将会导致宇宙的密度和大爆炸的时候一样大小。”

根据广义相对论,大爆炸时宇宙只有一个点那么小,密度无限大。然而很多物理学家认为这种理论并不完整,不能完全的描绘那时的量子和引力。因此,如果宇宙自我紧缩,它是否会在达到最小体积最大密度的状态时停下来,或者某种防护剂的力量将会介入,逼迫宇宙向外膨胀,然后再重新开始紧缩-膨胀的循环。

解开神秘之谜

如果科学家能更好的解释未来宇宙命运之谜,他们将更好的研究暗能量。“现在最大的问题是,究竟什么是暗能量?” 坎布里奇哈佛- 史密森天体物理中心的天体物理学家阿列克谢-维科里尼这样说道,”所有的答案都取决于暗能量的物理本质。”对于这个问题,研究学者要继续对宇宙随着时间膨胀的速率做更多更精确的测量。再过十年甚至更多,科学家有望信心十足的陈述暗能量究竟是常数,还是自从140亿年前宇宙大爆炸起就不断发生变化

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