4-4宇宙終極命運


()宇宙終極命運


1.宇宙的演化

依照霹靂說的理論,宇宙最初是處於高溫高密度狀態,因發生大爆炸而急速膨脹,宇宙至今仍在不斷地膨脹中。然而因物質之間的重力吸引會降低膨脹速率,故物質的多寡決定未來宇宙的演化,最後可能的結果有3種:

 (1)開放宇宙:如果重力不足以阻止膨脹,則宇宙將一直膨脹下去,沒有終結且漸趨冰冷,星系

  間距離持續增加,但奔離速度會逐漸降低(大凍結)

 (2)封閉宇宙:若重力足以阻止膨脹,宇宙膨脹至極大值之後將轉為收縮,最後又回到像最初的

  高密度、高溫度狀態。有人認為它可能會再度發生大爆炸,開始下一次的膨脹(大反彈)

 (3)平坦宇宙:重力剛好與膨脹力相抵,因此即不膨脹亦不收縮,星系間距離將保持不變。

 

宇宙未來將成何種形式,完全要看它是否有足夠的物質來產生足夠的重力,科學家研究後推論,若宇宙目前的密度超過每立方公分4.7×10-30克,則宇宙會封閉,反之則是開放,此密度因而稱為「臨界密度」。由於現今我們尚無法準確地觀測及計算宇宙確實的密度,因此尚無法確定宇宙未來將以何種形式演化。現在宇宙或許還非常年輕,不過宇宙也有可能加速演化,過了幾兆兆兆兆年後,我們的子孫們便有可能會面臨下一個災難宇宙末日(第十章)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.膨脹宇宙的未來大凍結
膨脹宇宙的未來將會是蒼涼的。若果據宇宙學常數加速了宇宙的膨脹,星系間的距離將會持續增加。紅移將會被拉長,到達的光子將會是長波長和低能量的光子。恆星的形成仍會維持於10121014年,但形成恆星的氣體將會耗盡。當最後一顆恆星用完其燃料後,宇宙將不可能再支持生命及產生足夠熱量。根據預測質子衰變的理論,恆星殘餘物將會消失,剩下的將會只是黑洞,而黑洞亦會因放出霍金輻射而慢慢消失。最終,若果宇宙溫度達到一個均勻溫度,將會導致宇宙「熱寂」。屆時,宇宙將會空無一切,且毫無生機。溫度亦會持續下降。
其他宇宙的未來有很多可能性,而這些主要有3種:持續膨脹、停止膨脹和收縮。
 
 
3.其他宇宙可能的命運
(1)停止膨脹:宇宙若無足夠能量,將會停止膨脹。停止膨脹將會是最理想的環境,宇宙溫度適中
  之餘,亦有足夠資源支持恆星形成,甚至生命。
(2)持續膨脹:宇宙終究是會繼續膨脹的, 由於星系間並無回返的引力作用, 膨脹擴張是不會停止
  的。當然恆星的能量也會耗盡成為黑洞。
(3)收縮:有些宇宙膨脹到某階段,將會停止膨脹並反過來收縮。收縮將會縮小各星系間的距離,
  令宇宙溫度上升,並最後導致大壓縮,大爆炸的相反。但這樣可能形成一個新的宇宙。
 
 
4.大擠壓
「大擠壓」即「大崩墜」,是由宇宙膨脹論延伸而來的,宇宙膨脹論認為,宇宙是從一團熾熱的火球膨脹而成的,而且到目前為止還都在膨脹,但是宇宙的物質如果夠多,產生夠大的重力,會讓宇宙停止膨脹,並且收縮,這會讓宇宙回復到剛誕生時熾熱的狀態,星系集中並藍移,坍縮成黑洞;如果沒有,宇宙就永無止境的膨脹。把宇宙所有可見的物質加進去只能達到讓宇宙塌縮的1%2%,但是宇宙中可能有一種不發光的物質叫暗物質,因此不能用望遠鏡觀測到,如果把這種估計的暗物質加進去,大概佔讓宇宙塌縮質量的10%20%,但另一神秘物質暗能量,比暗物質更不容易觀測到,如果這樣的話宇宙中的暗物質就超出讓宇宙塌縮質量下限了。
(點選連結:大擠壓模擬動畫)
 




 
 
 
 
 
5.大反彈

「大反彈」理論認為,宇宙形其實是不停重複大霹靂和大擠壓的過程,也就是說,宇宙是一直不停的收縮和膨脹,因此我們所說的宇宙的起源(大霹靂),可能只是上一次宇宙大擠壓造成後果。宇宙若是不斷經過「收縮」與「膨脹」無限循環,則宇宙為一恆常存有的「存有物」,亦即我們無法也沒有必要去探究宇宙的「起源」,因為宇宙是一存有物,不會有所謂的「起源」與「終結」。
 



 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.大撕裂

「大撕裂」假說中認為宇宙中的所有物質,在有限時間的未來會因為宇宙的膨漲進一步的被撕裂。理論上,宇宙的尺度因素在未來有限的時間會變得無限大,這時間值約是500億年後。而宇宙中的「絲狀結構」會以前所未有的比率增加,這也暗示可觀測宇宙的大小是持續的退縮中;無論是多麼的接近邊緣,可觀測宇宙的距離都是以光速遠離的那些地點。當可觀測宇宙小於任何一種的基本粒子時,無論是重力或電磁力(無論是弱或強),即使在結構上能達到的最遠處也沒有交互作用存在,並且它們將被剝離開。約在結束之前的6000萬年,重力將減弱至無法將銀河和其他個別的星系聯繫在一起。在結束之前的三個月,太陽系將不再受到重力的束縛。在最後的三十分鐘,恆星和行星都將被扯散掉,而在最後的瞬間,原子也會被摧毀。
(點選連結:大撕裂模擬動畫)
 

 
 
 


 
 
7.熱寂

「熱寂」是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律(第五章/第十章),作為一個孤立的系統,宇宙的熵會隨著時間的流易而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。

(以下是在熱力學中,推測出來的宇宙終極命運年表:)

時期
年代
退化時代:從1014 年到1040
星系和恆星停止產生
1014
行星開始脫離軌道
1015
恆星開始脫離軌道
1016
(可能的分歧之一)
一半質子完成衰變
1036
全部質子完成衰變
1040
黑洞時代(1040 年到10100 )
1040 (黑洞佔主導地位)
10100 (黑洞崩潰)
宇宙終極命運
10100~10150 (黑暗時代)
10150年以後 (光子時代)
(可能分歧之二)
全部物質變為鐵
101500年以後
(可能分歧之三)
宇宙加速膨脹
宇宙終極命運大撕裂/大反彈


8.宇宙時序組圖


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