让物理学家“头疼”的5个宇宙学问题!( 二 )


然而,在20世纪90年代,天文学家观察到宇宙实际上正在加速膨胀,而加速背后的力量被称为“暗能量”。物理学家还引入了宇宙学常数,认为暗能量是一个宇宙学常数,它可以与引力起到相反的作用,推开宇宙中的一切事物。
唯一的问题是,20多年后,人们还没有弄清楚宇宙常数(暗能量)的来源。目前最好的推测是宇宙常数是一种真空能量,它是由真空中无数瞬态虚粒子贡献的。然而,物理学家根据量子理论推导出的真空能量密度约为1094g/cm3。然而,根据他们对宇宙膨胀的观测,结果只有10-29g/cm3。换句话说,宇宙常数的理论值是观测值的10123倍。物理学家还没有弄清楚为什么会有这么大的差距。
宇宙的热寂
宇宙的“终结”是什么样子的?有些人认为宇宙可能以一场巨大的“大塌缩”而告终。然而,许多物理学家认为宇宙更可能在很长一段时间内逐渐走向终结。
归咎于热力学第二定律。这个定律认为宇宙的熵(代表混沌程度的物理量)会随着时间的推移而增加,从有序到无序。当熵达到最大值时,宇宙中所有可利用的能量就变成了不可利用的热能,宇宙中任何地方都达到了热平衡。这种状态称为热寂。这时,宇宙中所有的天体都不复存在了,一切都是一样的,也没有变化。此外,暗能量使宇宙膨胀得越来越快,最终宇宙将变得空虚、黑暗和寒冷。
当然,我们永远不会看到这些。
然而,热寂的结局不仅令人沮丧,而且令人厌烦。于是物理学家们开始思考其他一些可能性,虽然结果仍然令人沮丧,但过程至少令人叹为观止。其他的可能性包括一个大撕裂(宇宙被更强大的暗能量完全撕裂)和一个大崩溃(宇宙中的一切依次崩溃在一起)。
当然,最有趣的可能是大塌缩——量子涨落导致宇宙的一个区域变得不稳定,因此所有原子都不能稳定地存在,物质的结构坍缩,并从那里以光速围绕宇宙膨胀。与其他可能性不同的是,我们并不提前知道何时会发生“大崩盘”。

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