宇宙大撕裂:167億年後宇宙終結,地球將在宇宙終結前16分鐘毀滅

宇宙萬物都不是永恆的,甚至連宇宙本身也不會一直像現在這樣星光燦爛,對于宇宙最終的結局,人們提出了多種假說,其中有一種被稱為「宇宙大撕裂」的理論認為,宇宙最終的結局可能是終極的孤獨,在大約167億年後,宇宙將會終結,而地球將在宇宙終結前16分鐘毀滅。我們來看看這具體是怎麼回事。

「熱寂」和「大擠壓」

在發現了宇宙膨脹現象之後,科學家就提出猜測,宇宙最終的結局可能有兩個,一個被稱為「熱寂」,另一個則被稱為「大擠壓」。為了方便理解,我們不妨來做個簡單的思想實驗。

想象一下,現在你站在地球表面,然後沿著垂直于地面的方向朝著天空扔一塊石頭,正常情況下,你將會看到這塊石頭先是一直向上運動,但在地球引力的作用下,它向上的速度將會逐漸降低,最終會停止向上的運動並向下掉落,直到落回地球表面。

很明顯,你扔石頭的力量越大,石頭的初始速度就越快,它也就飛得越高,而假如你扔石頭的力量足夠大,使石頭的初始速度超過了地球的逃逸速度,那麼在不考慮空氣阻力的情況下,這塊石頭就會越飛越高,雖然地球的引力會使它相對于地面的速度越來越慢,但它始終都在遠離地球,這樣就永遠不會掉回地面了。

同樣的道理,假如宇宙膨脹的速度超過了一個「臨界速度」,那麼宇宙的引力就只能讓宇宙膨脹的速度越來越慢,但宇宙卻會永無休止地膨脹下去,而隨著宇宙的熵越來越高,最終宇宙中將再無任何的能量差異(或流動),其最終的結局就是陷入永恆的「熱寂」。

反過來講,如果宇宙膨脹的速度沒有超過這個「臨界速度」,那麼宇宙的引力遲早會將宇宙膨脹的狀態反轉,于是宇宙就會在引力作用下不斷地收縮,直到坍塌成一個「奇點」,這種結局就被稱為「大擠壓」。

因為上述的「臨界速度」是根據宇宙的引力決定的,而引力卻是由宇宙的質量決定的,所以宇宙最終的結局到底是「熱寂」還是「大擠壓」,其實是要看宇宙的質量到底是多少。

然而對于人類目前的觀測水準來講,想要精確地測量出宇宙的質量,根本就是一件不可能的事情,所以科學家就想到了另一個方法來間接計算出宇宙的引力,簡單來講就是:將宇宙在「現在」和「過去」的膨脹速度進行對比,看看宇宙膨脹速度到底降低了多少,進而通過這個差值來計算出宇宙引力的大小。

不得不說,這是一個很巧妙的方法,但令人意想不到的是,正是這個方法,引出了另一個關于宇宙結局的假說。

宇宙大撕裂理論

由于光速的限制,宇宙中其他天體發出的光線要抵達地球,都需要一定的時間,所以我們在宇宙中觀測到的天體,其實都是它們的「過去」,比如說當我們觀測到1億光年外的某個天體時,其實看到的是它在1億年之前的樣子。

在宇宙膨脹的驅動下,那些遙遠的天體都在遠離我們而去,所以只需要觀測不同距離的天體相對于我們的遠離速度,再將其進行對比,就可以得到在不同時間段中宇宙膨脹速度的差異。那麼觀測哪種天體好呢?科學家選擇了「Ia型超新星」。

由兩顆恒星組成的雙星系統在宇宙中是很常見的,假如在某個雙星系統中,一顆恒星演化成了白矮星,與此同時,另一顆恒星則演化成了一顆結構鬆散的巨星,那麼在兩顆恒星距離足夠近的情況下,白矮星就會不斷地吸收巨星的物質,其質量也會持續增加,當質量增加到1.44倍太陽質量時,這顆白矮星就會因為引力坍塌而發生失控的熱核爆炸,這種現象就被稱為「Ia型超新星」。

「Ia型超新星」非常明亮,即使隔得非常遠都可以觀測到,並且因為「Ia型超新星」的爆發條件是固定的(即達到1.44倍太陽質量),所以宇宙各處的「Ia型超新星」的亮度都是相同的,因此「Ia型超新星」也被科學家稱為「標準燭光」,通過分析它們的視亮度(即我們所看到的亮度),就可以準確地判斷出它們與我們之間的距離。

1998年,三位來自于不同研究團隊的科學家給出了相同的測量結果:宇宙的膨脹速度並不是之前想象中的那樣越來越慢,而是越來越快!

對于當時的科學界來講,這個測量結果無疑是顛覆性的,在接下來的時間裡,科學界對此進行了深入的研究,並最終確定了宇宙確實是在加速膨脹,而上述的三位科學家也因此而獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。

在此之前,科學界認為驅動宇宙膨脹的暗能量是恒定不變的,而上述的「熱寂」和「大擠壓」也是基于這一觀點,然而新的研究卻表明,宇宙居然在以越來越快的速度膨脹,這就意味著,在宇宙膨脹的過程中,暗能量的密度其實一直在增加。

于是科學家就據此提出了大撕裂理論,該理論認為,在未來的時間裡,隨著暗能量密度的持續升高,宇宙將會越來越受到暗能量的主導,而由于暗能量在宇宙中是均勻分佈的,因此當這個過程達到一定程度時,暗能量的作用就將戰勝宇宙中的四種基本力,進而將宇宙中所有的物質全部撕裂。

科學家根據目前的觀測資料計算出,在大約167億年後,宇宙就會以這樣的形式終結,假如地球在那時依然存在的話,那麼地球將在宇宙終結前16分鐘毀滅。

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