(四)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1012至1014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
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年代
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退化時代:從1014 年到1040年
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星系和恆星停止產生
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1014年
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行星開始脫離軌道
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1015年
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恆星開始脫離軌道
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1016年
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(可能的分歧之一)
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一半質子完成衰變
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1036年
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全部質子完成衰變
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1040年
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黑洞時代(從1040 年到10100 年)
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1040年 (黑洞佔主導地位)
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10100年 (黑洞崩潰)
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宇宙終極命運
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10100年~10150年 (黑暗時代)
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10150年以後 (光子時代)
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(可能分歧之二)
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全部物質變為鐵
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101500年以後
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(可能分歧之三)
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宇宙加速膨脹
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宇宙終極命運─大撕裂/大反彈
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8.宇宙時序組圖
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