本文基于回答网友问题:宇宙是不是也像生命体一样在持续膨胀,到了临界点真的会爆炸吗?
这个问题本身说法不准确,比喻也不恰当。
宇宙膨胀是由于某种推动力,所有的星系和宇宙天体都在相互分开,变得越来越稀疏,而整个宇宙就像吹气球一样越来越大;生命体没有持续膨胀之说,只有新陈代谢生老病死之说,这是生命的进化演化规律。
因此这是两个不同事物,没有可比性。
先说说宇宙膨胀是咋回事/
现在科学界公认的宇宙标准模型是大爆炸宇宙论,就是宇宙诞生于一个无限小的奇点,大爆炸发生后一直膨胀,如今已经形成一个465亿光年半径的可观测宇宙,在可观测宇宙之外还有永远也无法看到的宇宙,这部分叫不可观测宇宙,目前还无法估量这部分宇宙有多大。
标准宇宙模型的建立基础就是宇宙膨胀理论,宇宙膨胀由美国天文学家埃德温·哈勃发现,并创立了哈勃定律。根据宇宙一直在膨胀这个事实反推,可以得到越反推到过去,宇宙就越小,最早的过去所有星系会挤在一个点上,这个点就是奇点。
经过膨胀的速率测算,这个奇点爆发于138.2亿年前,因此现在宇宙的年龄为138.2亿岁。不过迄今为止,科学家们测得的哈勃常数都有出入,不统一,因此,测算的宇宙年龄就不一样,测算的结果在114亿岁到150亿岁之间,这里采用比较通用的138.2亿岁。
哈勃常数是科学家们通过各种科学方法和设备,测量出来在距离我们百万秒差距(约326万光年)的地方,星系离开我们的速率,测得的数值在67.8公里/秒到82.4公里/秒之间。
宇宙膨胀的证据是远方的星系都在高速远离我们而去,从四面八方看都是一样的,这就是各向同性;而且离开我们的速度与距离成线性正比,就是越远离开得越快。有人用气球比喻,所有的星系就是气球表面的星星点点,这些星星点点随着气球膨胀而不断分开。
因此宇宙中所有的星系都在相互分开,而且站在每个星系位置,看到的结果都是一样的,这也说明宇宙没有中心。
但宇宙膨胀又不能简单地比喻为气球,其中的维度理论很复杂,这里就不展开说了,气球比喻只是一个形象、大致的比喻,大家能够领悟就行了。至于气球会不会被吹破,导致宇宙灭亡,这有点像宇宙大撕裂理论,大家自己领会吧。
这些证据是埃德温·哈勃在上个世纪初叶发现的,爱因斯坦还亲临哈勃所在的天文台进行了验证,由此修改了场论的公式。
宇宙膨胀受暗能量支配/
现代研究发现,在我们宇宙中,可见物质,包括恒星、星系、星云尘埃等一切,才占有总质能的4.9%,看不见的暗物质占有26.8%,暗能量则占有68.3%。因此,整个宇宙演化,实际上是暗物质和暗能量的博弈。
暗能量主要表现为斥力,就是让物质和天体具备不断分开的趋势,由此,暗能量是主导着宇宙膨胀的终极力量。现代研究发现,宇宙膨胀的速率越来越高,根据各种科学观测获得的哈勃常数计算,在可观测宇宙边缘,宇宙膨胀的速率达到光速的3倍以上。
暗物质虽然看不见,但却具有质量。根据爱因斯坦广义相对论,凡有质量的物体都会导致时空弯曲,表现为引力效应。因此暗物质的引力比可见物质大多了,它们存在于星系和星系团之间的空间,是维系宇宙天体不离散的主要力量。星系和星系团之所以在速度弥散度很高的状态下不会分崩离析,就是暗物质的引力拉扯作用。
因此整个宇宙演化过程,实际上就是暗物质和暗能量的博弈过程,最终鹿死谁手,还无法预料。
这里强调一点,不管是宇宙膨胀还是标准宇宙模型,以及暗物质、暗能量理论,都不是本人信口开河说说的,而是科学界经过上百年的观测发现与实验研究得到的,有许多证据支撑,已经是科学界的基本共识。时空通讯作为科普作者,只是将科学常识通俗化地传播给读者而已。
宇宙膨胀有没有临界点,决定宇宙的归宿/
目前科学界对宇宙膨胀有没有临界点还没有结论,这要看最终暗物质与暗能量博弈的结果。如果暗能量一直占上风,宇宙就会永远膨胀下去;如果最终此消彼长,暗物质占了上风,宇宙就会停止膨胀。这就是临界点,随后宇宙就会开始收缩。
宇宙膨胀有没有临界点决定着宇宙不同的归宿。永远膨胀下去,宇宙将越来越空旷,所有的星光再也相互看不到,最终宇宙冷寂而亡。所谓冷寂,就是所有恒星能量耗尽后,黑洞也最终蒸发殆尽,宇宙没有了能量,温度归于绝对零度,时空终止。
如果宇宙膨胀到达一个临界点又开始收缩,收缩会越来越快,最终形成坍缩之势,所有星系都挤在一起,坍缩成一个奇点,时空消失。这种理论叫大坍缩理论,宇宙从奇点中诞生,又回归奇点,循环往复。
如此看来,不管宇宙有没有临界点,都没有爆炸一说。除此之外,宇宙的归宿还有两个理论,一个叫热寂,另一个叫大撕裂。
所谓热寂是根据热力学第二定律,认为这个世界之所以存在,是因为有能量流动,在一个孤立系统中,高温会不断与低温进行热交换,最终达到热平衡而终止流动,没有了能量流动等于死亡。
这种理论认为,宇宙作为一个孤立系统,熵会随着时间的流逝而增加,由有序向无序发展,当熵达到最大值时,所有物质达到热平衡,整个宇宙再也没有维持运动和生命的能量存在,时空停止,宇宙死亡。
大撕裂是说宇宙膨胀越来越快,最终宇宙物质承受不住不断增加的膨胀速度而全部被撕裂,包括星系、恒星、行星以及每一个原子和基本粒子都被撕裂了,由此一切都归于虚无,回到真空量子涨落的宇宙诞生前状态,宇宙消失。
因此,宇宙膨胀到底会不会有一个临界点,宇宙最终是哪种死法,目前的理论框架还无法定论。有研究认为,这些死法中最快的是大撕裂,大概会在200亿年左右发生;其余的死法都至少需要上万亿年。
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