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宇宙的命运会是什么:热寂、大撕裂或宇宙意识?

借着拼凑正在增加中的证据数量,宇宙论者正更加的了解什么是宇宙的前景和终极命运。恐怕结局不是好的。恒星会停止形成、而黑洞会掌权,直到它们最终消失成虚无。可能甚至会有“大撕裂(Big Rip)”即将发生。但对那些不介意再等10 1050年左右的人来说,当一些奇异的事件可能发生的话,事情可能会好转。

但当我们思量在非常远之后的未来偶发事件前,让我们先从我们所知道的过去和未来开始讨论。

过去

我们之所以能够调查过去宇宙的演化是因为,在这件事情上,天文学可以跟考古学相提并论。明确的说:我们看离我们的母星球越远的地方,我们越看到宇宙时间更久远的一面。而当我们看到时间久远的一面,我们发现星系比现在的更为靠近。虽然只有在许多证据中有这一样证明,这个发现(结合爱因斯坦的广义相对论)意味着宇宙曾经历大爆炸且自从那时候就开始扩张到现在。

现在

前一个世纪,其中一个现代宇宙论最迫切的争议就是测量宇宙的减速率。考虑到在宇宙中发现的物质的数量,这被认为它可能足够造成最终扩张后的缩小。

明显地,两个科学家的独立团队找出了完全相反的一面。宇宙并不是正在缩短,而是正在加速扩张。这个深刻的发现促成了2011的诺贝尔物理学奖的赢得。然而,明白关于这个发现的牵连还是很有挑战。

其中一个思考宇宙加速的方法,就是一定存在着充满宇宙的某种物质(或场域),这物质会施加一个反面的压力(或一个相斥的引力)。我们叫它暗能量。

这可能听起来有点牵强,但是为了证实宇宙的加速跟暗能量的存在,一连串的独立实验已经被实行了。从2006年开始,我参加了WiggleZ暗能量的研究,一个证实宇宙加速的独立实验。我们不只发现宇宙的加速正在发生,我们也提供了造成这一切都是因为暗能量的、令人信服的证据。我们发现暗能量减速了巨大超星系团的成长。

我们因此提议说暗能量是真实的。如果暗能量的概念跟它相斥的引力太奇怪的话,那另一个要考虑的替代方案就是:可能我们的引力理论需要被修正。这实现的方法可能会跟相对论促进牛顿地心引力一样。不然就是,我们需要一个新的物理理学来解释它。

未来

在转向极久远的未来之前,我会提到另一个有关的研究:GAMA。借着这个研究,我们发现宇宙正在逐渐“死亡”。换句话说:星星形成的高峰期已经在我们之后,而宇宙已经开始在消失。

“立即的”未来能够被一些确据预测。从现在起五十亿年之后,太阳会进入红巨星期。令人沮丧地,再二十亿年之后,它将会吞食掉地球。

在那之后,暗能量相关的力量跟它会怎样历时演变,开始变的重要了。暗能量相斥的压力越强越快,宇宙就越更可能经历大撕裂。坦白的说:大撕裂就是当暗能量的相斥力胜过引力(还有其他所有事物)时,会发生的事。借着引力聚集的天体(像我们的超星系团、我们的银河系、我们的太阳系、还有最终,我们自己)会被撕成碎片,而最终(大概)留下来的只是一块块孤独的真空状态。

从WiggleZ研究跟其他实验而来的数据并没有排除大撕裂的可能性,但把发生的时间推向很遥远的未来(如果真的有的话)。

有点更加迫切的是宇宙的热寂(heat death)。当宇宙继续扩张,我们将会无法观察自己群集之外的星系(离现在有一意年)。当恒星的形成需要的气体供应耗尽,恒星的形成将会在大概一到一百万兆年间停止。虽然还会有一些恒星存在,但是它们将会在120兆年以后耗尽燃料。在那时间点留存下来的全部,是恒星的残留物:黑洞、中子星、白矮星,这些是几个主要的例子。从现在起10 20年,大部分这些物质都会被星系中心的超质量黑洞吞噬。

这样,宇宙会越来越黑与更沉静直到没有什么事发生为止。接下来会发生什么事完全依赖于宇宙中的物质多快。形成原子的质子、跟中子与电子,被认为会逐渐衰败成亚原子粒子,如果你等的够久的话。所有一般物质会消失的时间已被计算出是从现在起10 40年之后。在这之后,只有黑洞会残存。而甚至它们也会在几个10 100 年之后消散。

到这时候,宇宙会变成一个真空。残存的微粒,像电子跟轻的粒子(中子),会因为宇宙的扩张距离非常远,而且几乎不,如果有,互相影响。这是真正宇宙的死亡,被称为“热寂”。

这想法从热力学的第二定律而来,也就是陈述说:熵(测量“无序”或一个系统可以被不同方式安排的方式)永远在增加。任何系统,包含宇宙,最后会演变成极致的无序(就像方糖总是在一杯茶中分解,但会花一段非常长的时间偶然回到有序的方块结构)。当宇宙中所有的能量一致的散尽,将不再有热量或自由的能量提供给消耗能量的过程,例如生命。

玻尔兹曼大脑跟新的大爆炸

所有以上所说的看起来丝毫无希望。所以我将会用高推测结束这篇短文,可能是错的、完全不可检测,但是是更加正面的叙述。

根据量子学的奇怪规则,随意的物质可以从真空中冒出来。而这不只是一个数学上的怪事:粒子的存在突然发生然后突然再消失,在粒子学的实验上是很常被看见的。然而,没有理由为什么我们称呼的“量子涨落”不能引起一个完整原子的存在发生。

还有人推测“大脑”,被取名叫波尔兹曼大脑(Boltzmann brain),能够这样被创造。这种东西要出现的时间要多久?这已经运算出来是10 1050年。

(必须)

(必须,保密)

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