【未解之謎】盤點宇宙的終極命運 只有一種人可以逃脫

【新唐人北京時間2024年05月31日訊】大家好,我是扶搖,歡迎和我一起探索未解之謎

關於宇宙的起源,科學界的各種理論眾說紛紜。當前接受度最高、最主流的理論就是宇宙大爆炸模型(Big Bang),就是在大約138億年前,宇宙從一個奇點爆炸,不斷膨脹,逐漸形成了我們今天看到的這個宇宙。

不過,相對於宇宙的演化歷史,其實人們更關心的估計是:宇宙的未來會怎麼樣?有科學家表示,宇宙「很快」就要開始從膨脹轉為收縮了!那麼這對於我們、對於這個宇宙來說,意味著什麼呢?宇宙坍塌?時光逆流?世界末日?

今天就讓我們來盤點一下宇宙未來的幾種可能性。在這之前,我們先梳理下人類對宇宙狀態的認識。

神祕力量推動宇宙加速膨脹

在美國天文學家埃德溫‧哈勃(Edwin Powell Hubble)發現宇宙正在膨脹之前,包括愛因斯坦和牛頓這樣的科學界大牛在內,很多人都是宇宙穩定學說的支持者,即宇宙的空間不會擴張或縮小。愛因斯坦甚至在發現廣義相對論顯示出宇宙是不穩定的時候,在公式中特意加入了一個「宇宙學常數項」,以此來保證宇宙是靜態的。

然而1929年,哈勃通過觀測發現,以地球為中心,四面八方的星體都在遠離地球,而且離地球越遠的星體,遠離的速度越快,這顯示出宇宙正在膨脹。很快,宇宙膨脹學說確定了它在天文學界的霸主地位,連愛因斯坦也曾懊惱地表示,給廣義相對論公式加宇宙學常數項,是他一生犯過的最大的錯誤。

不過,在之後的數十年中,對於宇宙到底是以什麼方式膨脹,又成為科學界爭論的新論題。占據主流地位的說法是,由於重力的影響,宇宙正在以逐步放緩的方式膨脹,就是雖然還在一直膨脹,但是速度越來越慢。

光有理論不行啊,還得有觀測的實際證據。於是有兩個國際組織「超新星宇宙學計劃(Supernova Cosmology Project)」和「高紅移超新星搜索隊(High-z Supernova Search Team)」準備通過對Ia型超新星進行觀測和計算來確定宇宙膨脹速度。

為什麼大家都看中了這個Ia型超新星呢?我們曾經介紹過,Ia型超新星是雙恆星系統中白矮星走完生命進程之後發生的爆炸事件,這是一個極其猛烈、非常明亮的宇宙事件,它發出的光的強度可以媲美100億顆太陽。所以啊,越亮,觀測得越清楚,計算起來當然也就越準確呀。

其實,這兩個國際組織在開始工作時,心心念念的是想證明宇宙正在減速膨脹的。誰知道,觀測結果令他們非常驚訝。1998年1月9日,「超新星宇宙學計劃」小組在美國天文學學會舉辦的會議上宣布:我們的宇宙正在加速膨脹。

哎?會不會搞錯了?人們震驚之餘,也心存疑惑。然而,兩個月後,「高紅移超新星搜索隊」也公布他們的觀測資料,結論也同樣是:宇宙正在加速膨脹。

科學界困惑無比,這宇宙間到底存在著什麼神祕力量,竟然能超越引力的作用,硬是讓宇宙越跑越快?其實就是到今天,科學家也還是沒有整明白這個問題,但是他們給這股力量取了一個名字「暗能量」。

而宇宙未來的可能性之一,就與這股「暗能量」有關,人們稱之為「大撕裂」(Big Rip)。

宇宙未來之「大撕裂」

科學家們認為,宇宙中存在著神祕的「暗能量」,它均勻地散布在宇宙之中,大約占整個宇宙質能的68.3%。而暗能量也可能存在有不同的類型,而最可怕的一種類型被成為「幻影能量」(Phantom energy)。

「幻影能量」擁有負能量,而且隨著時間的增加不斷增加,密度也會越來越大。換句話說,推動宇宙加速膨脹的力量越來越大,最終這「幻影能量」會帶動宇宙中的物質,從星系到恆星系統,再到微觀粒子,甚至是時空本身,在宇宙加速膨脹中逐漸被撕裂、瓦解,直到粒子間距無限增大。

如果宇宙走到「大撕裂」這一步,簡而言之就是毀滅了。不過,科學家基於當前的理論,認為就算「暗能量」是「幻影能量」,要發生大撕裂還有數千億年,所以大家不用太擔心。

那麼如果「暗能量」不是「幻影能量」,那麼人類是不是就可以高枕無憂,享受永久的安寧呢?科學家表示,其實只要宇宙一直膨脹,那就是個麻煩事兒啊,雖然不會產生「大撕裂」,但是宇宙會走向「大凍結」(Big Chill),也叫熱寂(heat death)。

宇宙未來之「大凍結」

那麼「大凍結」或者說「熱寂」又是一種什麼情況呢?

這個宇宙終極命運的假說認為,由於宇宙不斷地膨脹,星系間的距離將會持續增加。在大約1千億年至1兆年期間之內,宇宙中的恆星還是可以正常形成和演化,但隨著恆星間距離越來越遠,加上恆星演化所需的氣體逐漸被消耗殆盡,於是恆星將停止發光發熱,當最後一顆恆星的燃料用完之後,整個宇宙將陷入黑暗之中。

這時黑洞將成為宇宙的主宰,吞噬掉周圍的一切物質,並彼此碰撞合併。不過,這還沒有完,黑洞也會因為放出霍金輻射而慢慢消失,宇宙的溫度也會不斷地下降,最終達到絕對零度,也就是攝氏零下273.15度,整個宇宙將一片寂寥,沒有任何活動,沒有任何生命。

科學家表示,在「暗能量」存在的狀態下,無論宇宙空間是一種什麼結構,「大凍結」都是有可能發生的。就算沒有「暗能量」的存在,如果宇宙的結構是平直或是開放狀態,那麼「大凍結」也會同樣發生。

不過說到這裡,科學家們也很貼心地告訴大家,不要對這個問題太擔心。因為按照他們的推算,宇宙在走到「大凍結」這一步的很久很久之前,地球就會因為太陽膨脹成紅巨星而被吞噬。所以,在擔心「大凍結」之前,人類更需要考慮的是,如何躲過被太陽吞噬的劫難。

這兩種宇宙的未來都是基於宇宙一直膨脹這個假說的,然而就如同我們在節目最開始說的,近幾年有科學家發現,宇宙似乎並不會一直膨脹下去。

宇宙收縮

2022年,一篇發表在美國國家科學院院刊(PNAS)的研究認為,宇宙「很快」就要停止膨脹了。

文章把宇宙膨脹的過程比作一輛經歷紅燈後起步的汽車,司機一腳深踩油門,但是後來在某個時候放鬆了一些。這導致宇宙在一開始膨脹速度是最快的,但是後期加速度逐漸變小。在這個情形下,最終宇宙膨脹的加速度將會消失,到了某個時間點,宇宙的膨脹趨於穩定,再後來它膨脹速度開始減慢,最終將停止膨脹,並開始收縮。

這份新研究通過一個名為「暗能量驅動慢收縮CDM模型」(QDSCCDM),計算出宇宙將在1億年後停止膨脹,這在動不動就數以百億年、千億年來計算的宇宙時間尺度中來說,確實是「很快」了。而從這個平衡狀態到宇宙收縮,大概還要再經歷1億年。

那麼,宇宙收縮對於我們來說意味著什麼呢?科學家說,意味著宇宙的最終結局可能是「大坍縮」(Big Crunch)。這個聽名字,就給人一種不祥的感覺啊。

宇宙未來之「大坍縮」

「大坍縮」理論認為,宇宙在引力的作用下收縮,曾經膨脹出去的時空,都將被收回來。星系、恆星會越來越近,並且相互發生碰撞,宇宙將越來越擁擠。

哎,在這種情況下,那些曾經距離地球很遠的外星人星球,是不是就更容易發現了?外星人最終要現身了吧?

不好意思,思維發散了下,咱們繼續關注宇宙的宏觀情況。隨著恆星不斷地融合,宇宙中的熱量也會釋放得越來越多,宇宙也會越來越熱。而伴隨著恆星爆炸,宇宙中也會充滿黑洞,這些黑洞會將周圍的一切物質吸走,包括其它的黑洞。這樣黑洞也在陸續合併,宇宙最終會形成一個巨大的黑洞,把整個宇宙拉到一個熱、小、密度極高的點上。這個是不是聽起來有點耳熟?沒錯,這個點就是「宇宙大爆炸」理論中的奇點。

「大坍縮」理論認為,宇宙將最終在大爆炸中完結它的一生,而隨著大爆炸,又開創了一個新的宇宙。而這種現象可能永遠這樣周而復始地重複下去。

看到這裡,大家是不是有些沮喪?因為按照科學家的分析預測,看來無論宇宙是膨脹也好,收縮也好,其最終都是消亡,只是形式不同而已。就如同人有「生、老、病、死」一般,這個宇宙也需要遵循「成、住、壞、滅」的規律。

其實,中國道家一直有種說法,稱人體是一個小宇宙,那意思就是說,人體的內部結構和運行原理和宇宙是一樣的。

仔細想想,還真是有很多可以類比的地方。比如,人的生命產生的那一刻就宛如宇宙新生,之後人不斷長大,就好似宇宙在膨脹。人到了一定年齡就開始衰老,走下坡路,這時對應的宇宙也是走上消亡之路。人體無時無刻不在進行著新陳代謝,而宇宙中也一直在發生星體的爆炸與誕生。

人們一直在探索著宇宙的奧祕,但是越研究發現人類了解得越少,雖然提出了很多理論模型,但是似乎哪個都無法說清宇宙的真相。其實這也不難理解,因為如果我們所處的大宇宙,對應著某個「人體」,而我們的星系,或者說一定範圍內的小宇宙,只是這個「人體」中某個細胞,那我們如何能有足夠的智慧窺探整個「人體」呢?就如同盲人摸象,如果沒辦法跳脫整個體系,以上帝視角來觀察,估計永遠也看不到真相。

但是大家也不用那麼悲觀,你看,道家不是點破了「人體是個小宇宙」這個祕密了嗎?佛家也早早就通過「三千大千世界」的學說指出了宇宙的浩瀚,儒家的「天人合一」思想也提供了另一個視角來看待人與自然萬物。中國古代的修行人講究「走出三界、跳出五行」,這是不是就是獲得上帝視角,甚至脫離宇宙終極命運的方式?

好啦,今天腦洞就和大家開到這裡,那麼大家有什麼奇思妙想呢,也歡迎留言和我們分析。未解之謎,我是扶搖,我們下期再見咯。

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【未解之謎】節目組製作

(責任編輯:李紅)

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