宇宙是永恆的嗎?
自從有了人類文明,關於宇宙的終極拷問就一直沒有停下來過。最早,大多數的古代文明都認為宇宙是永恆的。意思是說,從大尺度上看,宇宙是不會隨著時間的流逝而發生變化。1000萬年前什麼樣子,現在還是什麼樣子。
這個觀念幾乎伴隨著我們整個人類的歷史,一直到近一百年才發生巨大的改變。而這個改變來自於愛因斯坦提出的廣義相對論。
在這個廣義相對論當中,有一個著名的引力場方程,它是用來描述宇宙的。愛因斯坦就發現,這方程預示著宇宙是在隨著時間的流逝而膨脹的。而愛因斯坦一直認為宇宙應該是永恆的。為了維護他的這個觀念,他在這個方程當中添加了一個宇宙常數,只要這個宇宙常數進行合理地取值,這個方程所預示的宇宙就是永恆的,而不是膨脹的。
可是沒多久,就有人指出愛因斯坦這樣做是不對的。這個人叫做勒梅特。首先,他認為宇宙應該就是膨脹的。照理說,那宇宙常數就應該去掉。但是,勒梅特認為這裡的宇宙常數其實可以留著,那這是為什麼呢?
他認為,宇宙應該是膨脹的,但是宇宙膨脹的速度到底多大,是加速膨脹,還是減速膨脹,還是勻速膨脹,這些目前是我們不得而知的,而只要對宇宙常數進行合理地取值,那就可以很好地描述宇宙的膨脹情況。
那到底是愛因斯坦對,還是勒梅特更正確呢?這其實要用觀測來說話。
勒梅特提出這個理論的第二年,有個著名的天文學家叫做哈勃,他長年在觀測銀河系外的星系。他就發現,銀河系外大部分的星系都在發生紅移現象,意思就是說,它們都在遠離我們,而且離我們越遠的星系,遠離我們的速度就越快。哈勃的觀測,說明宇宙實際上是在膨脹的。也就是說,勒梅特更加符合觀測的現狀。
因此,從這個時期開始,主流的科學家逐漸向“宇宙並非永恆的觀念”發展,最終,科學家們利用現有的理論和觀測預言了宇宙大爆炸,並提出了幾個關鍵證據,而這些關鍵證據後來也被證實了。
宇宙的末日既然宇宙是隨著時間的流逝而膨脹。那問題來,宇宙可以一直這樣膨脹下去嗎?
而且實際上勒梅特的那個問題也一直沒有解決,那就是宇宙既然是膨脹的,那膨脹的速度到底有多快呢?
這些問題,科學家在最近了幾十年都在努力地探求。目前,我們所知道的是,宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸。大爆炸之後,宇宙劇烈地膨脹。而後宇宙開始隨著時間的流逝而減速膨脹,到了距今45億年前左右,宇宙膨脹到現在宇宙的70%左右,然後開始加速膨脹。
那宇宙可以一直膨脹下去嗎?或者說,宇宙是不是存在一個終局呢?
科學家發現,宇宙的終局其實和膨脹速率有關,但是這個物理量的觀測太難控制。於是,他們想到了宇宙的密度。
他們發現宇宙在千分之六的精度上是不彎曲的,因此,存在一個臨界密度,當宇宙實際密度小於等於臨界密度時,宇宙就會一直膨脹下去;宇宙的實際密度大於臨界密度時,宇宙就會減速膨脹,最終開始收縮。
但在這些情況中,又分為很多不同的情況。
具體來說是這樣的,當宇宙的密度小於臨界密度時,宇宙的終局會有可能出現三種情況,
首先是大擠壓,意思是說宇宙減速膨脹之後,轉為加速收縮,最終擠壓到一個點上。如果那個時候宇宙中還有生物,那所有的生物都會被熱死,或者壓死。
還有些科學家認為,由於大擠壓的過程非常劇烈,因此,還有可能會引發又一次的大爆炸,宇宙直接被重啟了。
有了大反彈,很多人也就想到了宇宙可能就是大爆炸→大擠壓→大爆炸→大擠壓→....如此迴圈往復,週期性脈動的。
因此,宇宙實際密度小於臨界密度的情況中,宇宙有三種可能的結局:大擠壓、大反彈、週期性脈動。
至於宇宙實際密度大於等於臨界密度的情況,也是也分為2種可能性。
第一種是和大擠壓對應的,這個結局叫做大撕裂。宇宙一直膨脹下去,溫度持續下降,最終連原子結構都被撕裂,宇宙也就陷入了冷死亡狀態。
而比冷死亡更可怕的是熱寂。有一部分科學家通過熱力學第二定律推出,隨著宇宙的膨脹,未來的宇宙會出現處處溫度相同的熱平衡狀態,這就意味著處處都不能熱傳遞,沒有熱傳遞也就沒有了資訊的傳遞,宇宙陷入一片死寂,這就是熱寂說。
那你可能要問題,按現在的宇宙實際密度是多少呢?
科學家通過探測器進行測算,得到的結果是目前的宇宙實際密度略要小於臨界密度。也就是說,按照現在的情況來看,宇宙會陷入冷死亡,要麼大撕裂,要麼熱寂。