唯满侠 鹅:宇宙寿命在暗能量主导下将于220亿年后终结(图文)

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宇宙寿命在暗能量主导下将于220亿年后终结(图文)  

2011-07-06 14:19:17|  分类: 宇宙奥秘 |  标签:宇宙寿命  

自哈勃发现红移效应后,宇宙正在不断膨胀的观点逐渐被科学家所认可,这种加速膨胀效应很大程度上主宰了当前人类对宇宙未来的认识。…[阅读全文]

 

崔氏梦工场 来源:新华网

     

 

宇宙在加速膨胀的过程中

 

 

暗能量主导下宇宙的可能演化模式

 

  综合外电7月6日报道,自哈勃发现红移效应后,宇宙正在不断膨胀的观点逐渐被科学家所认可,这种加速膨胀效应很大程度上主宰了当前人类对宇宙未来的认识。然而,宇宙在加速膨胀后将何去何从,这种加速度会不断增大还是会出现减少,是否有某种能量在制约着这种膨胀效应,如果宇宙无休止地加速膨胀下去,必然导致宇宙“大萧条”,也就是熵增,即无序度趋于极大值,整个宇宙将变成空荡荡的死寂。但是,目前最新的研究进一步指出:这种加速膨胀的速度可能会趋于一个极端,这种极端的后果将使得宇宙出现“大撕裂”。

 

  宇宙以大撕裂作为最有的归宿,始作俑者将是目前科学界依然对其无解的暗能量。有研究表明:暗能量具有一种极端的特性,随着时间的推移,其密度随着宇宙空间的膨胀而不断增大,导致宇宙膨胀的加速度也越来越大,这种机理有别于传统观点上认为:随着宇宙空间的膨胀,宇宙中的物质也会变得稀疏。暗能量是却恰恰相反的,越是膨胀,其密度却越大。随着宇宙的膨胀,这些暗能量也不断地“填充”宇宙空间,就像无中生有一样,而其如何出现、是通过何种机制来维持这个密度还是未解之谜。

 

  从目前的研究观测进展来看,科学家估计暗能量已经占到全宇宙的73%,只要宇宙加速膨胀的进程继续下去,暗能量将越来越成为宇宙的主宰,其将主导宇宙演化的走向,并制约着宇宙中的一切。针对这个问题,科学家提出了一个解决方案:暗能量可能是宇宙时空结构的一种特殊的属性。因此,随着宇宙和时空的膨胀,暗能量的密度也随着增加,但是总体上还能维持这个平衡。从这个角度出发,当然是个很理想的观点,因为首先我们似乎找到了关于暗能量之谜的线索,其次如果将暗能量定性为不是一种能量,而是一种时空属性,那我们的热力学三大定律才能自洽,否则,在依据现有的热力学定律,能量是不允许有这样的行为方式。

 

  还有一种研究观点认为:宇宙的加速膨胀效应中,暗能量作为一种负压功能而存在,这种负压功能是在膨胀体制中产生的一种固有的内在的属性。运用这种可以说近乎神秘的逻辑来推理神秘的暗能量,最新的研究观测表明:宇宙的几何结构有着明显的平整度,而由此推算出暗能量压力与暗能量密度的比值大约为1,更确切的说应该是-1,因为前者是负压。这就是目前宇宙物理学家总结出来的关于暗能量的状态方程。

 

  而如果要根据此来讨论宇宙的未来,有一种很简单的办法:那就是不去管暗能量是什么,无论它是什么,我们只需要知道它压力与密度比永远维持在-1就行了。但是,大多数的宇宙学家基本不会热衷于这个观点,对于宇宙的未来,这个-1的值占有多大的地位?而如果经过推演,这个状态方程的值不能维持在-1呢,这该如何解释?或者说该会发生什么情况?

 

  目前宇宙学家归纳出暗能量三种可能的发展趋势:随着时间推移,密度下降;密度保持不变;密度逐渐增大,最后撕裂整个宇宙。而如果将暗能量仅仅是看成一个数学计算上的问题,那么关于宇宙常数的问题就应该进一步审视。如果暗能量的密度随着时间增加出现下降,也就是说其压力和密度的比值达到-1/3,那么目前宇宙的膨胀加速度将出现下降,宇宙膨胀的速率将放缓。另一方面,如果暗能量的的密度增加,也就是其压力和密度的比值小于-1,到达-2或者-3,那么宇宙将出现“幻能”,这个幻能是科学家虚构出来的一种能量,其代表着暗能量随时空膨胀所产生的效应。

 

  总之,随着目前宇宙的加速膨胀、时空的扩大和延伸,暗能量的密度也在增加,这将可能导致幻能的增加,其将在有限的时间内使得宇宙无限地接近结束的边缘,并最终导致宇宙大撕裂的发生。而在这个过程中,随着宇宙的规模变成无限大,密度增加,所有的空间结构都不复存在,包括星系、系团乃至地球,都将变成一个个亚原子粒子。根据宇宙学家最新的计算结果,如果暗能量的压力与密度的比值达到-1.5,宇宙在这个情况下只能维持220亿年,而目前宇宙已经走过了137亿年。

 

  于此,北卡罗来纳大学物理学家Frampton等人提出一个修改性的观点,其认为暗能量的压力与密度的比值会随着时间的推移而不断变化,但是从这个理论出发,宇宙仍然将出现大撕裂,只是这种撕裂效应会相对较小一些,而且宇宙的规模不会变成无限大。

 

  而这个理论可能支持现有对宇宙演化的认识,即宇宙循环模型。这个模型认为,宇宙的演化归结于熵的问题,循环理论主要强调宇宙是通过大爆炸产生的,并通过大紧缩结束。宇宙演化到最后失去所有的自由能,并由引力主导一切,出现宇宙大紧缩,所有的一切都将坠入黑洞中被撕裂。这就是宇宙小撕裂假说。这个假说允许出现重新开始的机会,但是这个情况下,宇宙要重新回归秩序,产生新的恒星和星系需要相当漫长的过程。