显然,基础物理学需要进一步的发展,才有可能以任何程度的确定性来了解宇宙的最终命运。 然而,科学家们普遍认为,这样的命运将取决于三个因素:宇宙整体形状或几何,它包含多少 暗能量,和所谓的状态方程(它基本上决定了对应宇宙的膨胀的暗能量的密度的程度)。 如果宇宙的几何形状是封闭的(如像球体表面),则有两种主要的可能性,在加速宇宙和暗能量 一节中已经提到过。如果宇宙有大量的暗能量(正如最近的发现所暗示的那样),那么理论上宇 宙的膨胀可能会永远持续下去。 然而,如果宇宙中缺少暗能量的斥力作用,引力最终会停止膨胀的宇宙,宇宙中所有的物质开 始收缩,最终崩溃到大爆炸奇点,一个大爆炸的镜像,称为“大坍缩“,收缩到一千亿年后的 某个区域。 图:封闭的宇宙的膨胀与收缩到大坍缩 (Source: How
Stuff Works: http://science./ big-crunch3.htm) 这类崩塌宇宙的模型表明,起初,宇宙会或多或少地均匀缩小,因为在总尺度上,物质的分布是 相当均匀的。 开始时,收缩速度会很慢,但步伐会逐渐加快。当温度开始指数上升时,恒星会爆炸并蒸发,最 终原子甚至原子核会出现与大爆炸后早期阶段的相反方向的分裂。 当宇宙被压缩成很小的体积时,任何微小的不规则现象都会被放大,在最后阶段,崩塌可能会非 常混乱。 重力和时空扭曲将千差万别,将取决于坠落物体接近奇点的方向。根据一些预测,非常接近奇点, 时空的扭曲将变得如此剧烈和混乱,空间和时间实际上会碎裂成飞沫,所有关于时间、距离和方 向的现有概念都将变得毫无意义。 这个模型提供了一个振荡的或循环的宇宙的有趣的可能性。(或大反弹),在这里,大坍缩接着是 新的宇宙大爆炸,等等,没完没了。然而,根据上世纪90年代的最新发现(如前面描述的加速宇宙 的证据),这不再被认为是最有可能的结果。 (Source:
Wikipedia: http://en./wiki/ Shape_of_the_universe) 另一方面,如果空间的几何形状是开放型的(像马鞍表面负弯曲),甚至是平坦的,则可能性是非 常不同的。即使没有暗能量,负弯曲的宇宙也会永远膨胀,引力几乎不会减缓膨胀的速度。 随着暗能量被加入公式,膨胀不仅继续,而且加速。而事物如何发展则取决于暗能量本身的特性,而这些性质在很大程度上仍是我们所不知道的。 一种可能是暗能量引起的加速度无限制地增加,暗能量最终变得如此强大它完全压倒了引力、电磁 力和弱核力的影响。它称为”大撕裂“,这将导致星系、恒星甚至原子本身被撕裂,我们所知道的 宇宙在相对较短的35-500亿年的视界时间范围内以一种不寻常的引力奇点而戏剧性地告终。 也许,根据目前的知识,最有可能的是长期缓慢的下降,即所谓的“大冻结”(或大冷却,或大死 亡)。在这种剧情下,宇宙继续膨胀,一直到零热力学、无能量的状态,在这种状态下,它无法维持运动或生命。最后,在10^14(100万亿)年或更多,它将在非常接近绝对零度的温度下达到最大熵的状态,在这里,宇宙变得太冷以至于无法维持生命,并且所有剩下的都是燃尽的恒星,
冷死行星和黑洞。 在那之后发生的事情更具有推测性,但最终,即使是构成剩余物质的原子也会开始降解和瓦解,因为质子和中子会衰变成正电子和电子,随着时间的推移,它们会相互碰撞和湮灭。 根据那时宇宙膨胀的速度,一些电子和正电子可能会形成几十亿光年大小的奇异原子,称为正电子素,诸粒子彼此围绕远距离轨道旋转,速度是如此之慢,以至于要花上一百万年时间才能运动一厘米。也许过了
10^116年,就连正电子素也会崩塌,而粒子相互湮灭。 这样,所有物质都会缓慢地蒸发,成为一种微弱的能量,只留下黑洞,随着宇宙的不断膨胀,黑洞将更加广泛地分散开来。黑洞本身最终会崩溃,慢慢地泄漏出“霍金辐射”,直到10^200年后,宇宙将以空空间和弱辐射的形式存在,温度极小地超过绝对零度。在宇宙的尽头,时间本身将失去所有的意义,因为不会有任何类型的事件,因此没有指示时间流逝甚至其方向的参照系。 有趣的是,最近来自WMAP卫星和宇宙背景成像仪的分析似乎证实了其它最近的观测,表明宇宙实际上是平坦的(而不是封闭的或开放的)。这些实验揭示了大小范围约为一度的诸多热点和冷点,根据目前的理论,这将是一个平坦的宇宙。
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