宇宙另一種終結方式:10^1100年後,黑矮星開始到處放煙花


宇宙另一種終結方式:10^1100年後,黑矮星開始到處放煙花

宇宙是如何誕生的,很多朋友可能都大致有個譜了,比較公認的說法是在137.99億年前,發生了一次空前絕後的大爆炸,創造了時間和空間,宇宙也由此而誕生。

但宇宙究竟會如何走向終結,卻始終有著很大的爭議,誕生了各種各樣不同的版本,比較優雅、華麗、黑暗、悲傷且容易引發浪漫主義情感,相對多一點點的人贊同的觀點是,在10^100年(10後面100個0)後,所有恆星都會燃盡它們的燃料,所有星系都會完全暗淡下去;此後黑洞也將在霍金蒸發中慢慢變小,最後完全消失,宇宙中只剩下簡單的亞原子粒子和能量,相互之間距離極為遙遠,宇宙的溫度降到無限接近於絕對零度,宇宙最終在熱寂中趨於死亡。

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是不是充滿著黑暗、浪漫和悲傷?不過中間好像有些什麼不對勁呢,事情真的如此簡單嗎?美國伊利諾伊州立大學的理論物理學家馬特·卡普蘭(Matt Caplan)今年春季在開設一門天體物理課時,突然敏銳地意識到了這個不對勁所在:像我們太陽這樣的恆星,在燃盡燃料後並不會變成黑洞,而是會成為白矮星,而白矮星的壽命是極長的,在宇宙毀滅的過程中,它們的命運會是怎樣的呢?

卡普蘭教授研究後發現,白矮星的重力仍會試圖繼續坍縮,然而由於電子簡併壓力的抵消,白矮星將維持一種平衡的狀態,所有粒子都鎖定在晶格中慢慢輻射能量,時間長達數萬億年,遠遠超過現在宇宙的年齡,最終會逐漸冷卻變成黑矮星。

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黑矮星沒有能量來推動聚變反應,因此內部幾乎不會發生任何事情,那麼它們會一直這樣存在下去,直到宇宙終結嗎?那麼熱寂宇宙的理論是不是就有問題了呢,竟然還有這麼大的傢伙存在,宇宙怎麼就終結了呢?

卡普蘭的研究表明,黑矮星內部聚變反應仍然會發生,這是因為量子力學允許粒子穿過高能勢壘,導致聚變進行,只是速率會變得非常之低。當硅之類的原子融合成鐵時,會產生電子的反物質——正電子,它會與黑矮星中的電子發生湮滅,削弱黑矮星的簡併壓力。在質量為1.2到1.4倍太陽的恆星(約佔宇宙中恆星總數的1%)形成的黑矮星中,這種削弱最終會導致災難性的重力坍縮,引發類似於大質量恆星超新星爆發的巨大爆炸。

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卡普蘭說,這種劇烈的爆炸將在10^1100年後發生,一直持續到10^32000年,這些數字基本是我們無法理解的了。那時候宇宙中將此起彼伏,不斷地炸響一個又一個黑矮星煙花。然而,這種絢爛的煙花卻沒有人能欣賞到,即使你勉為其難活到那個時候,由於宇宙已膨脹到無法想象的地步,黑矮星之間的距離是如此之大,你周圍極目所望的任何一個方向,幾乎都不可能看到任何黑矮星的爆炸。

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事實上,卡普蘭的計算表明,我們現在460億光年的可觀測宇宙直徑,屆時將膨脹到約e^10^1100倍。這個數字有多大呢?我們來算一個簡單的2^3^3是多少吧,3^3是27,那麼2^3^3就是2^27,大約是134217728,也就是一億多,所謂的e^10^1100可以說完全無法想象,是我迄今看到過的被賦予一定意義的最大一個數!當然,下面維基百科中關於熱寂宇宙的數據就更無法想象了。

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更加不可想象的是,黑矮星爆炸的時間橫跨10^1100年到10^32000年,即使宇宙中有這麼多黑矮星,你的眼力也足以掃遍比e^10^1100倍可觀測宇宙還大不知道多少倍的整個膨脹後的宇宙,也要等到很多很多億億億億……年才看得到一顆黑矮星爆炸,那真的不能算宇宙煙火,而只能是宇宙鬼火了。

所有這一切,其實都是計算和想象,宇宙真的會怎樣走向滅亡,還得看宇宙自己怎麼想!

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專欄

作者:徐德文科學頻道

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