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宇宙万物都不是永恒的 , 甚至连宇宙本身也不会一直像现在这样星光灿烂 , 对于宇宙最终的结局 , 人们提出了多种假说 , 其中有一种被称为“宇宙大撕裂”的理论认为 , 宇宙最终的结局可能是终极的孤独 , 在大约167亿年后 , 宇宙将会终结 , 而地球将在宇宙终结前16分钟毁灭 。 我们来看看这具体是怎么回事 。
“热寂”和“大挤压”在发现了宇宙膨胀现象之后 , 科学家就提出猜测 , 宇宙最终的结局可能有两个 , 一个被称为“热寂” , 另一个则被称为“大挤压” 。 为了方便理解 , 我们不妨来做个简单的思想实验 。
想象一下 , 现在你站在地球表面 , 然后沿着垂直于地面的方向朝着天空扔一块石头 , 正常情况下 , 你将会看到这块石头先是一直向上运动 , 但在地球引力的作用下 , 它向上的速度将会逐渐降低 , 最终会停止向上的运动并向下掉落 , 直到落回地球表面 。
很明显 , 你扔石头的力量越大 , 石头的初始速度就越快 , 它也就飞得越高 , 而假如你扔石头的力量足够大 , 使石头的初始速度超过了地球的逃逸速度 , 那么在不考虑空气阻力的情况下 , 这块石头就会越飞越高 , 虽然地球的引力会使它相对于地面的速度越来越慢 , 但它始终都在远离地球 , 这样就永远不会掉回地面了 。
同样的道理 , 假如宇宙膨胀的速度超过了一个“临界速度” , 那么宇宙的引力就只能让宇宙膨胀的速度越来越慢 , 但宇宙却会永无休止地膨胀下去 , 而随着宇宙的熵越来越高 , 最终宇宙中将再无任何的能量差异(或流动) , 其最终的结局就是陷入永恒的“热寂” 。
反过来讲 , 如果宇宙膨胀的速度没有超过这个“临界速度” , 那么宇宙的引力迟早会将宇宙膨胀的状态反转 , 于是宇宙就会在引力作用下不断地收缩 , 直到坍塌成一个“奇点” , 这种结局就被称为“大挤压” 。
因为上述的“临界速度”是根据宇宙的引力决定的 , 而引力却是由宇宙的质量决定的 , 所以宇宙最终的结局到底是“热寂”还是“大挤压” , 其实是要看宇宙的质量到底是多少 。
然而对于人类目前的观测水平来讲 , 想要精确地测量出宇宙的质量 , 根本就是一件不可能的事情 , 所以科学家就想到了另一个方法来间接计算出宇宙的引力 , 简单来讲就是:将宇宙在“现在”和“过去”的膨胀速度进行对比 , 看看宇宙膨胀速度到底降低了多少 , 进而通过这个差值来计算出宇宙引力的大小 。
不得不说 , 这是一个很巧妙的方法 , 但令人意想不到的是 , 正是这个方法 , 引出了另一个关于宇宙结局的假说 。
宇宙大撕裂理论
由于光速的限制 , 宇宙中其他天体发出的光线要抵达地球 , 都需要一定的时间 , 所以我们在宇宙中观测到的天体 , 其实都是它们的“过去” , 比如说当我们观测到1亿光年外的某个天体时 , 其实看到的是它在1亿年之前的样子 。
在宇宙膨胀的驱动下 , 那些遥远的天体都在远离我们而去 , 所以只需要观测不同距离的天体相对于我们的远离速度 , 再将其进行对比 , 就可以得到在不同时间段中宇宙膨胀速度的差异 。 那么观测哪种天体好呢?科学家选择了“Ia型超新星” 。
由两颗恒星组成的双星系统在宇宙中是很常见的 , 假如在某个双星系统中 , 一颗恒星演化成了白矮星 , 与此同时 , 另一颗恒星则演化成了一颗结构松散的巨星 , 那么在两颗恒星距离足够近的情况下 , 白矮星就会不断地吸收巨星的物质 , 其质量也会持续增加 , 当质量增加到1.44倍太阳质量时 , 这颗白矮星就会因为引力坍塌而发生失控的热核爆炸 , 这种现象就被称为“Ia型超新星” 。
“Ia型超新星”非常明亮 , 即使隔得非常远都可以观测到 , 并且因为“Ia型超新星”的爆发条件是固定的(即达到1.44倍太阳质量) , 所以宇宙各处的“Ia型超新星”的亮度都是相同的 , 因此“Ia型超新星”也被科学家称为“标准烛光” , 通过分析它们的视亮度(即我们所看到的亮度) , 就可以准确地判断出它们与我们之间的距离 。
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