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没有时间了?研究表明:宇宙膨胀正在减速,1亿年后将开始坍缩

作者:碎碎念大王

导语

20世纪20年代,哈勃在观测宇宙的过程中发现宇宙的星系大多在远离地球,而一部分星系还在远离太阳系,于是哈勃提出了“漆布什-坎贝尔-哈勃定则”,宣布宇宙不是静止的,而是处于膨胀状态。

然而在德国人弗里德曼提出的大爆炸模型中,宇宙的膨胀速度是越来越快的,而哈勃的观测似乎证明了弗里德曼的推导是错误的。

然而到了20世纪末,珀尔马特等物理学家却发现了宇宙膨胀速度加快的证据,这一发现也为研究宇宙的未来提供了理论依据。

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正是在这20多年的时间内,宇宙从“稳定膨胀”到了“加速膨胀”,宇宙的“未来”也因此产生了焦虑之感:人类和地球是否还有多久活命?

但是最近的研究却发现虽然宇宙的膨胀速度在加快,但是未来却将停止膨胀,甚至还将开始坍缩。

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一、 宇宙的加速膨胀。

在哈勃发现宇宙大部分星系在远离地球之后,美国的社会人文和科技教育促进学会就发起了一项耗资巨大的天文学研究:在哈勃的基础上进一步观测各类星系,试图找出宇宙是怎么膨胀起来的。

然而在进行了大量的观测工作之后,物理学家发现大部分星系的膨胀轨迹比较符合弗里德曼大爆炸模型,而那一小部分星系膨胀轨迹比较离谱。

物理学家们认为这些“自带膨胀速度”的星系无疑是有问题的,但是又没法简单的用“不符合大爆炸模型”这个理由予以丢弃,于是就想出了一个方法对其进行观测:用两种红移方法同时对自带膨胀速度的星系进行观测

两种红移方法分别是“视差红移”和“广普勒红移”,用视差红移方法对自带膨胀速度的星系进行观测。

视差红移就是用给定的一些恒星来进行测量,因为这些恒星都在地球上固定的位置,所以它们的红移速度就是宇宙膨胀的速度,用它们的红移速度来对星系的膨胀速度进行观测。

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结果让人非常紧张,自带膨胀速度的星系的视差红移速度小得可怜,然而广普勒红移则过于离谱:自带膨胀速度的星系的广普勒红移速度非常高,高得让物理学家感到不可思议。

这可是一件非常可怕的事情,因为如果物理学家们能够找到一种力量能够让星系自带膨胀速度,那么这种力量极有可能会导致太阳系和地球也遭殃。

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于是物理学家开始全力对自带膨胀速度的星系进行研究,研究的结果让物理学家们非常吃惊,因为这些星系的广普勒红移速度与它们距离地球的距离存在一个线性关系。

众所周知,宇宙中除了引力之外别无他法影响物体之间的相对速度,那么个线性关系就意味着:这种影响自带膨胀速度的力量通常来说是随着物体间的相对位置而减小的

于是就很容易想到:那么这种力量的方程式很可能是一个和距离的平方成反比的。

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于是物理学家就提出了一种可能性:它就是爱因斯坦为了让宇宙能够稳定下来而提出的一种存在于宇宙中的力量—暗能量。

暗能量是一种不受引力影响的力量,就像一种不可压缩的空气,无法被重物压迫,只会随着宇宙膨胀不断膨胀。

然而暗能量的压缩系数是随着宇宙的膨胀而不断衰减的,但是这种衰减非常缓慢,现在的宙也只是暗能量的压缩系数的一丝而已,暗能量的膨胀是不会被暗能量的衰减速度所影响的。

但是不同于宇宙的膨胀,暗能量的压缩系数的变化却是会驱动宇宙的膨胀速度发生变化的,物理学家们认为目前宇宙的膨胀速度增大的原因无疑是暗能量的压缩系数不断减小引起的。

暗能量的变化极终于被物理学家们找到了可以利用的手段:用各类星系的视差红移速度差对暗能量的压缩系数进行观测,结果是惊人的:暗能量的压缩系数的确是在衰减的,而且衰减的速度是随着宇宙的年龄不断增大的。

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但是更让人感到紧张的是,暗能量的压缩系数到底是否会减小到足以让宇宙停止膨胀?而如果是这样,那么距离宇宙开始坍缩又有多远?

因此物理学家们纷纷对暗能量的减小进行了研究,他们发现暗能量的膨胀速度并不是随着暗能量的压缩系数的大小而增加的,恰恰相反,随着暗能量的压缩系数不断减小,宇宙的膨胀速度反倒大大增加了。

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二、 宇宙的坍缩。

物理学家们为什么会这样研究暗能量的变化:某种程度上是因为宇宙加速膨胀的研究被授予诺贝尔物理学奖,但是更重要的原因是:暗能量的变化会对宇宙的未来有怎样的影响?

这种关键的问题吸引着物理学家们对暗能量的变化进行了深入的研究

现在的宇宙是处于加速膨胀状态,那么暗能量的压缩系数一定是随着宇宙年龄的增加不断减小的,但是这种减小不会影响宇宙的膨胀,反而会让宇宙的膨胀速度越来越快。

那么暗能量的压缩系数到底什么时候才能够让宇宙的膨胀速度不再增加?

事实上,暗能量的压缩系数是存在一个临界值的,这个临界值叫做危险方程,因为它是宇宙能够稳定膨胀所能达到的最大值。

也就是说,当暗能量的压缩系数下降到危险方程以下,宇宙就会逐渐出现减速膨胀,最终停止膨胀。

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那么暗能量的压缩系数到底还有多少?用现在的宇宙年龄来推算,距离现在6500万年后,暗能量的压缩系数就会下降到危险方程以下。

按照目前宇宙的膨胀速度,6500万年足够让宇宙继续膨胀下去了,但是距离那个时间也不是很遥远,随着暗能量的压缩系数不断下降,到6500万年之后,宇宙的加速膨胀就将结束,之后宇宙的膨胀速度就将开始逐渐减小,直到最终停止不膨胀。

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暗能量的减小也意味着另一个问题:宇宙里的引力主宰者将不再是暗能量,而是原本就在宇宙中存在的引力,当暗能量不再是引力的对手,引力就将开始逐渐收拢宇宙中的各个星系,直至最终引力再度促使整个宇宙发生坍缩。

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然而这一次的宇宙大爆炸将是经过上帝的反思的,因此将会和上一次的宇宙大爆炸有很大的不同,那么宇宙将会回到怎样的状态,而这种状态是否会被人类所理解和认知,都是未知的。

但是有一个是可以确定的:那就是再次发生大爆炸之后,上帝将会创造出另一个宇宙来。

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三、 这是一个好消息还是坏消息?

暗能量的减小对于人类和地球的未来到底是一个好消息还是坏消息?

说它是一个坏消息肯定没什么人反对,但是它是一个好消息也并不是没有人支持的,毕竟宇宙大爆炸是一件非常神奇的事情,而且宇宙大爆炸之后上帝还是会创造出新的宇宙来。

然而暗能量的减小离我们现在距离6500万年还有很长的时间,而宇宙大爆炸离我们的现在也很遥远,所以物理学家们对于宇宙的未来并不是很关心,他们关心的是:暗能量的减小会对其他力量的平衡产生怎样的影响?

毕竟宇宙中有三种力:强核力、弱核力和引力,他们之间也是存在平衡的,现在宇宙中强核力和弱核力的平衡状态显然是和暗能量密不可分的那么随着暗能量的减小,他们之间的平衡又将会是怎样的?

宇宙中的力平衡犹如玩具中悬挂的各类重物,如果有一个重物不断往上移动,那么它和其他重物都将失去平衡,最终它们之间的关系也会变得和现在不同。

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人类有可能在暗能量减小的过程中寻找到宇宙的平衡关系,但他们也有可能在寻找过程中走进死角,最终只能等待上帝创造一个新的宇宙,毕竟宇宙的平衡关系和物理定律也是和上帝的喜好一样,令人无法理解。

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结语

宇宙的膨胀是一个不断探索的难题,它的未来也是一个不断演进的故事。

既然如此,研究宇宙,就要跟上宇宙的脚步,无论它膨胀的多么迅速,坍缩的多么惊人

我们都要借助它的动力,看清它的前景,因为这个前景可能是人类星系探索的框架,也可能是地球生命存续的契约…

也可能是更多的未知。

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