北京,2008年10月22日,宇宙的尽头是什么样的?西班牙《理智报》网站10月4日发布,总结了五个被大多数人接受的假说。全文摘录如下:
很久以前,物理学家认为宇宙是静止的,既不增长也不衰退。正如达尔文让我们知道生物在不断进化,魏格纳让我们知道大陆在漂移,美国天文学家埃德温哈勃对人类对宇宙的认知做出了关键性的改变。
哈勃在1931年发表的观测结果显示,其他星系正在远离我们,星系越远,速度越快。其实哈勃观测到的是红移,当光源远离观测者时会发生红移。这和声波的原理一样。当声源——,如救护车报警器——经过时,我们听到的声音会由尖锐逐渐变低。就像声波的频率改变一样,星系发出的光的电磁波频率也改变。
于是人们开始假设原始宇宙和我们现在看到的不一样。所以,有必要扪心自问,几十亿年后的宇宙会是什么样子,宇宙是否有尽头?
要了解宇宙的未来,就必须了解引力和暗能量会如何演化。证据清楚地表明,我们现在处于一个快速膨胀的宇宙中。简单来说,哈勃观测到星系的红移现象,并不是因为这些星系在向与银河系相反的方向运动,而是因为它们在“形成空间”。一个经典的类比是一个气球,它的表面有不同的图片。气球膨胀时,画面会因为气球在“生长”而分开。
由于星系在某种程度上彼此远离,它们已经克服了本应聚集在一起的引力,而推动宇宙膨胀的能量就是暗能量。我们知道,距离增加,吸引力会急剧下降。在短距离内,引力强大到足以克服膨胀,把银河系乃至银河系的恒星带到周围星系,我们称之为“局域星系团”。
另一方面,我们无法确切知道宇宙中有多少物质,是重子还是暗物质。如果你不知道这个问题的答案,你就无法知道引力对宇宙的演化产生了多大的影响。同样,我们也不知道暗能量会随着星系的远离而发生怎样的变化。所以,即使我们知道扩张会加速,也不知道这个过程会持续多久,会停止还是逆转,或者有没有其他我们还没有观察到的决定性因素会影响。
考虑到物质和暗能量的密度,膨胀可能在平面宇宙和开放宇宙中无限期地进行。这意味着如果我们等待足够长的时间,恒星将会熄灭,黑洞将会消失,最终的能量(既没有凭空产生也没有凭空消失)将会均匀地分散在宇宙中。根据热力学第二定律,天文过程将终止。我们称之为宇宙的“热沉默”。虽然这个结果不确切,但确实是最被接受的假设。
假设暗能量的影响逐渐增大,膨胀会比上述情况更快。有可能是暗能量在短距离内的排斥作用大于引力,将同一星系的恒星分开。暗能量甚至可能超过电磁力、弱相互作用、强相互作用等强得多的力。如果是这样,暗能量可能会撕裂原子,把宇宙变成“亚原子粒子汤”。这一幕悲剧被称为“伟大的眼泪”。我们有两种可能的假设。
第三种情况也许是公众想象中最激动人心的一种。引力最终获胜,让宇宙回到大爆炸前类似的状态,就像弹簧拉伸后收缩一样。这个过程叫做“大挤压”。它不同于宇宙的“原始回归”,换句话说,它不像倒带电影。无论如何,时间会继续前进。
对其他物理学家来说,故事还没有结束。他们提出了第四种情况,即“大挤压”之后,“大爆炸”反复出现。这个循环被称为“大反弹”。
最后,有理论家提出了我们知道的真空并不是真的空,我们知道的真空中有能量的可能性。然后有人提出,可能存在一个能量水平较低的“真正真空”。如果发生这种情况,我们的“假真空”可能会变成“真真空”,从而导致一些物理常数发生变化。换句话说,就像是在一个相当复杂的游戏中间改变游戏规则,这个游戏就会崩溃。