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宇宙终结的四种可能

2015-8-14不详佚名

即使完全空的空间也包含能量。量子力学描述了即使在完全空洞的真空里,仍存在少数能量。但这可能存在其他类型的保留有少数能量的真空。如果这是真的,那么整个宇宙就像一杯超冷却的水,它只能持续到低能量真空“泡沫”出现之前。幸运的是,目前尚未有任何我们已知的这类泡沫。不幸的是,量子力学描述了如果低能量真空是可能的,那么这样的真空泡沫可能不可避免的会出现在宇宙某处。当这发生时,就像冰-9一样,新的真空将改变周围的旧真空,泡沫将以接近光速的速度膨胀,我们将无法预测它的到来。

图中幽灵般的暗能量会摧毁一切。在泡沫里,事情可能完全不同,也不是非常不宜居。基本粒子,例如电子和夸克的特性可能完全不相同,这将改写化学规则,甚至阻止原子的形成。人类、行星甚至恒星本身可能在大改变(Big Change)中被摧毁。在1980年的一篇文章里,物理学家悉尼·科尔曼(Sidney Coleman)和弗兰克·卢西亚(Frank de Luccia)将它称为“终极生态灾难”。雪上加霜的是,在大改变后暗能量的表现形式可能将变得有所不同。它并不会驱动宇宙加速膨胀,而是拖拽宇宙不断自我坍塌,最终迎来“大收缩”。

图中大撕裂始于撕裂星系。此外,还存在第四种可能性,在这种情形里暗能量仍然居于中心位置。不过这一理论是高度揣测性的,且可能性非常低,但也不能将其完全排除。暗能量可能比我们目前预想的更加强大,它甚至可以凭借一己之力终结宇宙,而根本不需要经过什么大改变、大冻结或是大收缩。暗能量具有一种非常奇特的性质。随着宇宙膨胀,它的密度保持恒定。这意味着随着时间推移,宇宙将产生越来越多的暗能量,从而保证不断膨胀的宇宙的密度维持恒定。这种情况非常罕见,但它并未打破任何物理学定律。然而情况还可以变得更加诡异:如果暗能量的密度随着宇宙的膨胀而增加,情况将会如何?换句话说,如果宇宙里暗能量数量的增加速度超过宇宙的膨胀速度,那将会如何?这个问题是由美国新罕布什尔州达特茅斯学院的罗伯特·查得威尔(Robert Caldwell)提出的。他将其称为“幽灵暗能量”,它将导致宇宙走向一条诡异的命运之路。

图中大撕裂将撕裂行星和恒星。如果幽灵暗能量真的存在,那么黑暗终将胜利——正如电影《星球大战》中警告我们的那样。目前,暗能量的密度还非常低,远低于地球上物质的密度水平,甚至低于银河系的密度水平。但随着时间的推移,幽灵暗能量的密度将持续累积并最终撕裂宇宙。  在2003年发表的一篇论文里,查得威尔和他的同事构建出了一个他们称之为“宇宙末日”(cosmic doomsday)的情境。一旦幽灵暗能量的密度超过某一特定物体,这个物体就将被撕裂成碎片。首先幽灵暗能量将撕裂银河系,其中恒星散落各处。随后太阳系将被撕裂,因为暗能量的拖拽力已经超过了太阳对地球和其他公转天体的引力作用。最终在短短几分钟内地球将会爆炸。然后,原子将被粉碎,几分之一秒后整个宇宙将被撕碎。查得威尔将这种情境称为“大撕裂”(Big Rip)。

查尔维尔自己也承认大撕裂理论看上去非常“怪诞离奇”——这不仅仅是因为它听起来像超级英雄漫画里的情节。幽灵暗能量理论与一些基本宇宙理论之间存在冲突,例如物质与能量的运动速度不可超越光速的假设。基于我们对宇宙膨胀的观测以及粒子物理学的实验结果,宇宙的最终命运更有可能是大冻结,很有可能在那之后还会经历大改变和一次终极的大收缩。这是非常可怕的未来——亘古持久的冰冷空旷,在真空衰变中终结,最终迎来终极塌缩一片虚无。有没有可能逃离这样的噩梦?抑或是我们命中注定的末日?

所有的终将过去。对于我们个人而言,就没有必要去担心宇宙终结。可能除了大改变之外,以上讨论的所有事都是在未来亿万年后才有可能发生的,它尚未成为一个迫在眉睫的问题。我们也不必为人类的命运担忧。如果没有发生其他变故,早在这一切发生之前,光是遗传漂变就已经足以让我们的后代变得面目全非。美国新泽西州普林斯顿高等学术研究所的物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)在1979年发表的一篇经典论文中探讨过这个问题。当时,戴森认为生命体可以自我改造适应大冻结,它认为这比逃离大收缩地狱要更容易。然而时至今日,暗能量的发现让戴森对这个问题已经不那么乐观。“如果宇宙正在加速膨胀,那真是一个坏消息。”加速膨胀意味着我们将最终失去与绝大部分星系的联系,从而极大限制我们能够获取的能量。戴森表示:“从长远来看,这是一种非常糟糕的情况。”情况可能会发生变化。“我们目前仍然不确定这样的膨胀是否会持续下去,因为我们尚未理解宇宙为何会加速膨胀。对此较为积极的观点是,随着宇宙变得越来越大,加速将会减慢。如果是那样,那么未来将会明朗得多。”戴森说道。可是如果宇宙膨胀没有减速呢,或者大改变即将来临,那将会如何呢?对此,一些物理学家们给出了自己的解决方案,但听上去就像一群疯子科学家的设想:要想逃离宇宙终结的命运,我们就在实验室里创建我们自己的宇宙,然后跳进去。

图为出生后不久的宇宙快速膨胀。其中一名物理学家便是美国麻省理工学院的阿兰·古斯(Alan Guth),他是早期宇宙研究方面的专家。古斯教授表示:“我并不是说物理学定律完全暗示这是可能的。但如果它是可能的,它可能需要远远超出我们目前能够预见的高科技。此外还需要巨大的能量来创造宇宙并对其进行操控。”  据阿兰表示第一步将是创造出一种密度极高的物质形式——它的密度如此之高以至于几乎可以自我塌缩成为黑洞。如果能够以恰当的方式实现这一步,并迅速清空该区域周围的其他物质,那么我们或能够迫使这一空间区域发生快速膨胀。  事实上,你已经创造了一个全新的宇宙。随着该区域空间的膨胀,边界将会收缩,创造一个弯曲空间的“气泡”,气泡“里面”要比“外面”更大。

本文来源:不详 作者:佚名

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