二.宇宙的两大未来。
根据我们上面提到的信息,其实就可以**宇宙的未来了。如果我们是由大**而来,并且仍在**(膨胀)中,那么我们首先想到宇宙可能会一直膨胀下去,然后想到万有引力可能使宇宙停止膨胀并收缩。这两大可能谁会发生取决于宇宙现在的物质密度:
如果宇宙中物质密度未超过临界密度,则膨胀会一直持续下去,否则,宇宙就可能在将来的某一天开始停止膨胀,直到收缩,并最终形成一个与大**相对的“大坍缩”。这一密度经过计算为5*10^-30克每立方厘米。
这两种未来中宇宙的前景如何呢?如果一直膨胀下去,根据目前的理论,恒星演化到晚期会把一部分物质(气体)抛入星际空间,而这些气体可用来形成下一代恒星。虽然并未确定这种过程会减少这种气体,但由于大部分质量留在星体中成为矮星或黑洞,星际气体会越来越少。
到最后气体太稀薄以致于不能再产生新的恒星。另外随着星系的演化,星系中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大。大约10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗。
如果质子可以衰变(这尚未证实),10^18年以后组成恒星的质子不再稳定,10^32年后,质子开始衰变为光子和各种轻子,10^71年后,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。在黑洞中物质处于什么样的状态我们不得而知。 按传统理论黑洞只能吸取物质,而任何物质都无法从中离开,岂不是宇宙最后会变成一个大黑洞?
非也,根据霍金的理论,因量子效应有能量的粒子可以从黑洞中逃逸出来,黑洞因此慢慢蒸发,10^108年后所有黑洞都蒸发完毕。一群个数有限的粒子飘荡在几乎无限大的空间中永不停歇又毫无意义地做着量子概念上的振动,这就是宇宙的结局:热寂。
即使证明质子不会衰变,宇宙的结局也不过是无规则地做永不停息的质能转换。可以肯定的是,如果一直膨胀下去,宇宙最后是一个彻彻底底的“大同世界”。这种宇宙及“开宇宙”。
如果收缩,即宇宙最后变成“闭宇宙”(需要说明的是,“开”和“闭”不仅指时间上的永恒或有限,也和宇宙几何尺度的开放与否一直。事实上,如要物质密度大于临界密度,则一定要有宇宙几何尺度的闭合为前提),那么宇宙会在若干亿年后停止膨胀,并转入收缩。对于那时的世界,有一个有趣的见解,即不仅空间会变小,时间也会倒流。
现在能独立说明时间方向的三个时间之箭中宇宙学箭头倒转是显然的,而热力学第二定律中低熵状态才是稳定状态,能量的自发聚集变成天经地义,只有心理学箭头比较玄乎,不过把人看做宇宙的一部分的话,可能根本不存在独立的心理学箭头呢。如果时间也倒转的话,我们的一切历史都会重新出现。光和热来得天经地义,人从坟墓里出生,越活越年轻,最后归于娘胎;生活用品不是从工厂中生产,而是从垃圾堆产生,最后在工厂中消失……似乎那些总喜欢怀旧的人有福了,然而不然,人类也在越来越落后愚昧,最后消失(当然即使时间不倒流人类也会消失)。
最后,经过一个和膨胀完全相同的过程,宇宙在空间上又回到一个极小尺度,时间上回到无限逼近0的某一时刻。至于这之后宇宙会不会再次爆发,已经不是我们可以关心的问题。
三.宇宙其它可能的未来。
现有观测数据中表明,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,平均密度只有2×10^-31克每立方厘米,远远低于上述临界密度。似乎宇宙的未来注定荒芜了。但是目前我们对宇宙实际平均密度的测定和临界密度的计算很不可靠,因为根据前文,宇宙中还存在着占总数达96%的我们几乎还一无所知的暗物质和暗能量。
由于物质的引力导致收缩,能量的斥力导致膨胀,宇宙的演化实际上是在这两种力量的此消彼长间进行。根据一些较新的研究成果,宇宙实际平均密度和临界密度可能比较接近,因此未来宇宙可能逐渐减缓膨胀趋于稳定。还有一种可能,发现暗能量后,人们开始意识到还有一种可能目前观测到的加速膨胀并不是简单的波动,而是“大撕裂”的一部分,也就是说宇宙可能不仅要膨胀,而且膨胀的速度会剧增,最后宇宙间的一切物质都会被撕裂成基本粒子。
还有一些宇宙学相关理论,他们超出了大**理论框架,甚至有点哲学的味道了。比如一种对暴涨理论的认识认为,我们身处的宇宙不过是更大尺度上的某种结构的极小部分,即使宇宙本身发生什么巨大事件也不过是更大尺度上结构的微小正常扰动罢了。又如宇宙视界问题,随着膨胀宇宙的相当部分早已脱离我们的一切可能观测手段,实际已经无法感知,于是观测不可能准确,也降低了理论的可信度。
又如从哲学上讲,宇宙产生于无的理论会在出现大统一理论推翻质量守恒和能量守恒之后得到认可,既然宇宙产生于量子状态的海洋的“无”,则“有”又有何意义?这几乎玄之又玄了。
还是回到大**框架上来,宇宙的多个前景到底哪个会成真,似乎必须等我们更清楚地了解宇宙本身,尤其是暗物质和暗能量以后,才能做出比较准确的判断。
科学家相信宇宙受定义很好的定律制约,这些定律在原则上允许人们去预言将来。但是定律给出的运动通常是混沌的。这意味着初始状态的微小变化会导致后续行为的快速增大的改变。
这样,人们在实际上经常只能对未来相当短的时间作准确的预言。然而,宇宙大尺度的行为似乎是简单的,而不是混沌的。所以,人们可以预言,宇宙将永远膨胀下去呢,还是最终将会坍缩。
这要按照宇宙的现有密度而定。
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