暗物質(zhì)和暗能量是當(dāng)今物理學(xué)最大的兩個謎團。它們被稱為黑暗雙俠。
誰要是能破解這兩個謎團之一,將是媲美牛頓和愛因斯坦的物理學(xué)家。
就目前來看,相對于暗物質(zhì),暗能量似乎更為牛逼。因為暗能量將是主宰宇宙最終命運的掌控者。
100億年后宇宙的命運到底是什么?這完全取決于引力和斥力在博弈過程中,誰到底占主導(dǎo)地位。
如果萬有引力取勝,宇宙將再次坍縮到大爆炸之初的奇點。
如果萬有斥力取勝,宇宙在未來會演變成撕裂人體,撕碎原子,撕碎一切的大撕裂時代。
關(guān)于宇宙的最終結(jié)局,目前有很多說法,但是大部分說法并不太可靠。就目前的宇宙學(xué)觀點,宇宙的結(jié)局有四種可能,第一種就是撕裂一切的大撕裂時代,第二種就是宇宙中的一切物質(zhì)又收縮到大爆炸之初的奇點上,稱為大擠壓假說。
第三種就是宇宙熱寂,當(dāng)宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的所有能量都轉(zhuǎn)化成熱能,所有物質(zhì)溫度達到熱平衡,這時候的宇宙也就是熱寂。第四種就是大反彈假說,這是一種循環(huán)模型,認為宇宙會在大爆炸和大擠壓過程中不斷地循環(huán)往復(fù),所以宇宙除了膨脹就是收縮,一直在往復(fù)循環(huán)。
其實,未來宇宙到底是具體哪一種結(jié)局,完全取決于暗能量
我們現(xiàn)在知道在宇宙總質(zhì)量和能量中,68.3%是暗能量,26.8%是暗物質(zhì),4.9%才是我們看得見,摸得著的明物質(zhì)。
在由明物質(zhì),暗物質(zhì)和暗能量主導(dǎo)的宇宙中。其實又分為兩大陣營。第一個陣營就是由明物質(zhì)和暗物質(zhì)主導(dǎo)的萬有引力。第二個陣營則是由暗能量主導(dǎo)的萬有斥力。
現(xiàn)在很多人經(jīng)常會混淆暗物質(zhì)和暗能量。其實本質(zhì)來說它們完全不同。只不過這兩者都不參與電磁力,所以人類無法用任何探測器直接探測到它們的存在,黑暗雙俠的稱呼也由此而來。就目前來看,在四大基本作用力中,暗物質(zhì)肯定是參與引力的,并且還有可能參與弱力。但是暗能量既參與引力,同時也表現(xiàn)出斥力。
關(guān)于暗能量的斥力作用,主要是由于暗能量,會表現(xiàn)成負壓影響來時空曲率,這種負壓并不會造成物質(zhì)之間的排斥作用,但負壓會充斥著宇宙,制造出宇宙時空背景整體被吹漲的效應(yīng),所以導(dǎo)致空間本身加速膨脹,從宏觀層面上看,好像就是斥力作用。
其實關(guān)于萬有斥力流傳著這么一個故事。有一天,一個物理老師在講課,講到牛頓的萬有引力時,并且說到宇宙中的一切物質(zhì)都會相互吸引,這是宇宙中最普遍的規(guī)律。
然后在臺下就有一個學(xué)生發(fā)問,既然宇宙萬物都有萬有引力,那會不會也有萬有斥力呢?
當(dāng)然,這樣的發(fā)問在1998年之前看來是錯的,因為當(dāng)時物理學(xué)家在宇宙中沒有發(fā)現(xiàn)任何有斥力的現(xiàn)象。
之所以這個時間在1998年。是因為在之前,天文學(xué)家雖然已經(jīng)知道宇宙正在膨脹,但卻認為這種膨脹,是由宇宙大爆炸余威推動的,就好像是宇宙暴漲時期殘留下的慣性作用。同時又由于引力作用。所以這種膨脹就是一種減速膨脹。膨脹的速度越來越慢,直到宇宙最終停止膨脹 。
然而在1998年,天文學(xué)家捕獲到了1A型超新星爆發(fā)的光譜線,通過紅移量分析發(fā)現(xiàn),宇宙居然正在加速膨脹。也就是說,距離地球越遠的星系,其退行速度越快。后來,越來越多的天文發(fā)現(xiàn)不斷證實這一點。所以現(xiàn)在的宇宙學(xué)已經(jīng)公認了宇宙正在處于加速膨脹階段。
但是加速膨脹這種現(xiàn)象,明顯違背當(dāng)時所有的物理學(xué)準(zhǔn)則。因為在當(dāng)時看來,物理學(xué)中還沒有第五種力可以維持這種加速膨脹的存在。這種斥力的作用到底是由什么引起的?
為了解決這個問題,我們便設(shè)想了一種新的事物存在宇宙之中,這便是暗能量,它的性質(zhì)就是推動空間加速膨脹,宏觀表現(xiàn)上就是斥力作用。由于宇宙加速膨脹是具有各向同性,也就是說,以地球為觀測原點,整個遠處空間的都在加速膨脹。所以說暗能量是均勻分布的。
暗能量還有一個十分奇怪的性質(zhì),那就是在超宏觀尺度下,會戰(zhàn)勝引力,但是在近宏觀尺度下,暗能量的作用會減弱。這就意味著,彼此距離在數(shù)千萬光年尺度以上的星系,主要是空間膨脹導(dǎo)致的斥力作用,所以它們之間的距離會越來越遠。
但是在數(shù)百萬光年尺度以內(nèi),暗能量會減弱,反而不如萬有引力。所以在像銀河系和仙女座星系這樣的距離尺度上,反而引力的作用會更大一些,所以銀河系和仙女座星系會越來越近,直到40多億年后相互碰撞。
為什么會這樣?我們還搞不清楚。
現(xiàn)在的問題是,暗能量到底是穩(wěn)定的還是動態(tài)變化的?如果暗能量是穩(wěn)定的,那么,宇宙在數(shù)百萬光年尺度內(nèi)的星系全都會碰撞,收縮在一起,數(shù)千萬光年以上尺度的星系反而會越來越遠離。
現(xiàn)在還有一種假說叫動態(tài)暗能量假說。也就是說,暗能量會隨著時間的推移變得越來越強。所以暗能量在近宏觀尺度以內(nèi),可能會慢慢戰(zhàn)勝引力。這種斥力效應(yīng)的尺度會不斷的收縮,直到達到普朗克尺度。
如果按照動態(tài)暗能量假說,那么宇宙未來將完全由萬有斥力主導(dǎo),宇宙的結(jié)局將是大撕裂時代。在大撕裂時代中,在普朗克尺度以上的空間都會加速膨脹,所有天體,生命,原子,甚至是基本粒子,都會在暗能量作用下被撕裂。宇宙中將不存在任何形式的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。宇宙將變成不斷膨脹的能量場。
所以宇宙的最終命運完全取決于暗能量會不會變化。因為引力,它是恒定的,目前唯一的變量也就是暗能量。所以說暗能量才是主宰宇宙命運的最終掌控者。
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