宇宙終結?亦或是世界末日?人類命運終將歸於何方?


宇宙終結?亦或是世界末日?人類命運終將歸於何方?


在宇宙微波背景輻射下,探測器觀測得到的九年溫度變化圖像

來源 NASA探測研究團隊

十九世紀下半葉,宇宙學家們對宇宙的終結提出了三種可能的設想,而這三種推測均取決於宇宙的密度。當宇宙密度足夠大,並在萬有引力作用下,宇宙的膨脹速度最終得到減緩,並且還將發生一次“大坍陷”。與高密度的假設完全相反是,極低的密度會使得宇宙永遠膨脹。

此時,一切東西將逐漸地昏暗,寒冷,最後發展成為我們所知的“大凍結”。但如果密度恰好的話,宇宙的膨脹速度將會被一點點地減緩,在無盡的時間之後永遠地停下。這第三幅圖景中的“平面”的宇宙,也會以“大凍結”告終。

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在宇宙微波背景輻射下,“大爆炸”的殘留輻射生成的圖像所展現給我們的是,真實的宇宙密度十分接近於最後一個設想中的情況。所以理論上而言,宇宙膨脹最終將會停止,不是嗎?

然而,與1998年哈勃天文望遠鏡首次的觀測情形有所不符的是,對遙遠星系的超新星的最新觀測結果表明,宇宙的膨脹速度正在變快。宇宙學家們用暗物質解釋這一驚人觀測結果。

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因為這種神秘的物質能夠抵消引力的擠壓作用,於是反過來加快了宇宙膨脹。暗物質的基本性質是如今宇宙學研究最逃不開的問題之一—這個問題的解答能夠幫助我們對於宇宙的命運有更為清晰的瞭解。在一個假設的圖景中,如果暗物質的反作用力日益增加,最終宇宙會“四分五裂”。

不過,不管“大分裂”的設想最終是否發生,在已知的情況下,我們都已經明瞭,加速的宇宙膨脹最後都會使得其他星系離開我們的視野。

宇宙的終極命運

根據天文觀測和宇宙學理論,可以對可觀測宇宙未來的演化作出預言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足弗裡德曼方程。

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多年來,人們認為,根據這一方程,物質的引力會導致宇宙的膨脹減速。宇宙的最終命運決定於物質的多少:如果物質密度超過臨界密度,宇宙的膨脹最後會停止,並逆轉為收縮,最終形成與“大爆炸”相對的一場“大崩墜”(big crunch);如果物質密度等於或低於臨界密度,則宇宙會一直膨脹下去。另外,宇宙的幾何形狀也與密度有關:如果密度大於臨界密度,宇宙的幾何應該是封閉的;如果密度等於臨界密度,宇宙的幾何是平直的;如果宇宙的密度小於臨界密度,宇宙的幾何是開放的。並且,宇宙的膨脹總是減速的。

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然而,根據近年來對超新星和宇宙微波背景輻射等天文觀測所知,雖然物質的密度小於臨界密度,宇宙的幾何卻是平直的,也即宇宙總密度應該等於臨界密度。並且,膨脹正在加速。這些現象說明宇宙中存在著暗能量。不同於普通所說的“物質”,暗能量產生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情況下,宇宙的最終命運取決於暗能量的密度和性質,較不可能是“大擠壓”(big crunch),可能是漸緩膨脹趨於穩定,更可能是繼續無限膨脹或不斷加速膨脹至連原子也被摧毀的“大撕裂”(big rip)。目前,由於對暗能量的性質缺乏瞭解,還難以對宇宙的命運作出肯定的預言。


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宇宙的最終命運取決於物質密度ΩM以及暗能量密度ΩΛ.


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繪圖顯示,宇宙是否穩定,還是隻是長壽泡沫,這要依希格斯玻色子與頂夸克的質量而定。直至2012年為止,從兆電子伏特加速器與大型強子對撞機實驗數據得到的2σ橢圓,仍舊允許這兩種可能結局。

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