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宇宙終止可能性,膨脹形成無限虛空?還是大擠壓?

一直以來科學家關於宇宙是否會終止,甚至它究竟會不會終止的問題不確定,他們提出了好幾種宇宙命運的可能性,各種可能性分別名為大擠壓(Big Crunch),大瑞普(Big Rip)和大冷凍(Big Freeze)。最終太空將自身坍塌,毀滅所有存在的恆星和星系,或者自我膨脹形成無限的虛空。

電腦模擬宇宙大規模結構形成的快照,展示了一億年間導致,星系間的相關運動流向中央質量密度最高的區域。

樂觀的想,宇宙的終止將要經歷幾十億甚至幾萬億年才會發生,我們之後很多倍子孫都無需擔心。如果那個時候人類仍然存在的話,他們可能就要好好考慮下這個問題。

宇宙的命運很大程度依賴於暗能量。這種無法解釋的能量與重力相反作用,撕裂宇宙。科學家曾在努力研究由於重力向內拉伸導致宇宙膨脹是如何減慢時,首次發現暗能量的存在。他們發現這種膨脹速率其實是在加快。

如果這種暗能量在未來以相同的力量持續拉伸,那麼太空將繼續碰撞,星系之間的距離將拉伸的越來越寬,速率越來越快,最終由於距離太遠,我們將無法看到銀河系以外的任何東西,宇宙也將變得相對孤立,更冷、黑暗和空無,因此這種情境被稱為大冷凍。

科學家認為這種願景是宇宙最可能的未來,因為對宇宙的最好的觀測表明,暗能量的拉伸力氣仍保持相對穩定。這符合了一種理論,即暗能量是愛因斯坦廣義相對論中所謂的宇宙常數。

大冷凍並不是不可避免的。如果暗能量並不是恆量而是隨著時間增加,我們可能面臨科學家提出的大瑞普的情景。目前暗能量的強度並不足以克服小的局部的引力。然而如果暗能量變得更強,它足以抵消,並不僅僅是在宇宙星系間膨脹,而是在宇宙中膨脹。

另一種可能性是暗能量的強度隨著時間減少。這樣的話,宇宙膨脹將會停止加速,最終減慢。如果暗能量足夠微弱,引力將最終戰勝暗能量把宇宙變回曾經的面目。這樣的結果便是大擠壓。「這種坍塌最初無害,宇宙的密度將會緩慢上升,」 波吉爾沃德說道,「到達某個時間點,這種坍塌將會導致宇宙的密度和大爆炸的時候一樣大小。」

根據廣義相對論,大爆炸時宇宙只有一個點那麼小,密度無限大。然而很多物理學家認為這種理論並不完整,不能完全的描繪那時的量子和引力。因此,如果宇宙自我緊縮,它是否會在達到最小體積最大密度的狀態時停下來,或者某種防護劑的力量將會介入,逼迫宇宙向外膨脹,然後再重新開始緊縮-膨脹的循環。

如果科學家能更好的解釋未來宇宙命運之謎,他們將更好的研究暗能量。現在最大的問題是,究竟什麼是暗能量?所有的答案都取決於暗能量的物理本質。」對於這個問題,研究學者要繼續對宇宙隨著時間膨脹的速率做更多更精確的測量。再過十年甚至更多,科學家有望信心十足的陳述暗能量究竟是常數,還是自從140億年前宇宙大爆炸起就不斷發生變化。


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