宇宙壽命至少還有1400億年？宇宙的終極命運將會怎樣

　　2018年10月26日 10:36 新浪科技綜合

　　
　　

　　來源：科技日報

　　有媒體報道，一個國際研究團隊近日發表論文稱，他們從暗物質和暗能量的角度分析后得出結論，宇宙的壽命至少還有1400億年。目前，宇宙起源已經有公認的理論，認為宇宙起源於約138億年前的大爆炸，隨後開始膨脹演化。但關於宇宙如何走向終結，理論假說卻多種多樣。

　　正如有人說：「我不想知道我是怎麼來的，我就想知道我是怎麼沒的。」對於宇宙究竟會怎麼走向終結，科學家們苦苦探尋，提出了「大坍縮」「大撕裂」「大凍結」「大吞噬」等各種假說。

　　「大撕裂」假說

　　暗能量不斷增加使宇宙分崩離析

　　「宇宙的最終命運（或稱為宇宙終極命運）是物理宇宙學研究的重要問題之一，目前看來它主要依賴於宇宙的空間幾何結構以及暗能量的性質，宇宙終極命運的假說主要包括『大撕裂』『大凍結』和『大坍縮』。」10月24日，中國科學院國家天文台副研究員陳雲在接受科技日報記者採訪時說。

　　說起宇宙的空間結構，陳雲介紹，其包括平直、閉合和開放3種可能性，可以分別類比於平面、球面和馬鞍面。而暗能量則是宇宙中均勻瀰漫的一種克服物質（包括普通物質和暗物質）所產生引力的「負引力」。暗能量的性質通常用它的狀態方程（就是壓強與密度之比）來刻畫。不同的暗能量模型下暗能量的狀態方程不同。有些模型下暗能量的狀態方程是不隨時間變化的常數，而這個常數可能等於-1，也可能大於或小於-1；還有些模型下暗能量狀態方程是隨時間變化的，就是說狀態方程可能由大於-1隨時間演變為小於-1，也有可能由小於-1變為大於-1。暗能量狀態方程等於-1時它的密度是不隨時間演化的常數，大於-1時密度會隨著時間的增加而減小，而小於-1時密度會隨著時間的增加而增大。

　　由此，陳雲表示，「大撕裂」假說認為如果暗能量是狀態方程小於-1的「幽靈暗能量」，那麼它的密度就會隨著時間增加而增加，從而導致宇宙膨脹的速度越來越快，那麼隨著宇宙的不斷膨脹，宇宙中的所有物質（甚至時空本身）最終都會被逐漸撕碎，瓦解為不受束縛的基本粒子和輻射。

　　暗能量的確是宇宙間最神秘、最豐富的能量形式之一，約佔宇宙68.3%的質能，但物理學家真的對它了解不多。上世紀90年代發現暗能量之前，物理學家認為因大爆炸而產生的宇宙膨脹正在減緩甚至停止。此後，通過對超新星的觀測，天體物理學家們才意識到其實宇宙膨脹正在加速，並且有研究人員對110億年前形成的星系進行測繪，發現宇宙正以過山車的速度膨脹。

　　朴茨茅斯大學的馬特·皮爾博士解釋說，年輕時期宇宙的生長因引力的影響變緩，但在過去50億年時間裡，宇宙卻開始快速膨脹，原因就在於一種神秘的力——暗能量。如果暗能量不斷增強且持續擴散，就會推動星系相互分離，緊接著推動行星遠離恆星，並造成一系列類似變化。最終，暗能量會強大到把原子核從原子中撕扯出來，並撕裂宇宙間存在的一切，使宇宙分崩離析。

　　「大凍結」假說

　　宇宙溫度趨近絕對零度生命不復存在

　　另一種比較典型的宇宙終結假說就是「大凍結」了。

　　陳雲指出，「大凍結」也被稱為「熱寂」（heat death）。這種假說認為宇宙最終會演化到一種沒有熱力學自由能的狀態，也就是說宇宙達到一種熱力學平衡（即具有最大熵）的狀態，同時宇宙溫度也趨近（但並未達到）絕對零度，從而任何宏觀物理過程和生命都不復存在。在暗能量存在的情況下，不管宇宙空間幾何結構是什麼樣的，「大凍結」都有可能發生。就算沒有暗能量，如果宇宙空間幾何結構是平直或開放的，「大凍結」也可能出現。

　　「大凍結」假說認為在宇宙年齡為1萬億至100萬億年期間恆星會正常形成，但隨後恆星形成所需的氣體逐漸被消耗殆盡，從而使恆星停止發光，整個宇宙將逐漸陷入黑暗之中，隨後黑洞將主導整個宇宙， 但是接下來黑洞自身也會因為霍金輻射（指來自黑洞的光和粒子輻射）而消失，然而再接下來宇宙是一直處於這種「大凍結」的狀態，還是走向其他狀態，還不得而知。

　　有科學家表示，人們在煎蛋時，將一枚雞蛋打碎放入煎鍋，雞蛋將無法恢復之前的形狀。同樣宇宙也是這樣，伴隨著不斷進化——熾熱氣體逐漸形成恆星、行星，孕育人類和各種生命，熵（物理概念，用於度量無序程度）也在逐漸增加。而且一旦宇宙走向無序，就很難停止或反轉，就如食物會腐爛、金屬會生鏽、人類會消亡一樣。熵不斷地增加，當宇宙中的紊亂達到最大程度時，「大凍結」就會來臨。一旦熵達到它的最大值，所有能量將被均勻地分佈在整個宇宙內，但任何可重複使用的能量或熱量將不復存在，這意味著消耗能量的過程將不再繼續。從根本上說，宇宙間的一切終將停止運轉。

　　陳雲說：「由於暗能量的本質屬性尚且不知，因此，宇宙未來的命運可能是『大撕裂』，也可能是『大凍結』，同時也有可能是先發生『大凍結』再進入『大撕裂』。」

　　「大坍縮」假說

　　宇宙膨脹速度不斷變慢從而發生坍縮

　　一些科學家認為，如果宇宙內的物質隨著時間推移不斷減少，大坍縮便會出現，導致引力成為佔據支配地位的力。引力導致宇宙收縮，其結果是恆星、星系和行星相互撞擊，宇宙發生塌陷，這就是「大坍縮」假說。理論物理學家表示，宇宙內的一些區域已開始塌陷，這種塌陷將最終吞噬宇宙其他區域。

　　在陳雲看來，「大坍縮」假說認為由於物質的引力作用宇宙的膨脹速度會不斷變慢，從而終將停止膨脹併發生坍縮。然而在坍縮之後又將發生什麼，尚不能確定；其中一種可能性就是宇宙坍縮到它的初始狀態並再次發生大爆炸，從而使得宇宙處於「大爆炸」到「大坍縮」再到「大爆炸」這樣一種循環的狀態。不過最近的宇宙學觀測都表明宇宙的膨脹速度不僅不會變慢，而且由於暗能量的作用膨脹速度在不斷加快。簡而言之，目前的觀測數據不支持「大坍縮」假說。

　　「此外，關於宇宙終結還有『大吞噬』假說，我認為是沒有科學依據的純假想。」陳雲說，「大吞噬」假說認為宇宙中的黑洞會逐漸吞噬掉所有天體和物質，併發生大黑洞吞噬小黑洞，最終整個宇宙只剩下一個超級大黑洞。這種假想不可信的理由很多，其中最主要的有3條：一黑洞只會吞噬掉進它視界內的物質，視界外的物質是不會被吞噬掉的；二黑洞並不是只進不出的，比如，星系中心的黑洞在吞噬物質的過程中，通常也會產生沿轉軸方向向外的噴流，噴出來的物質又為產生新的恆星和星系提供了原料；三在暗能量主導的時期，由於暗能量的負壓作用，相距較遠的黑洞是不會發生碰撞的，也就是不會出現互相吞噬的情況。