關(guān)于我們所處的宇宙最終的結(jié)局,科學(xué)家們提出了很多理論設(shè)想,比如被不斷增強的暗能量撕裂成亞原子尺度的碎片的大撕裂,或者宇宙的熵增達到最大,整個宇宙陷入熱力學(xué)平衡狀態(tài)的大冰凍,又或者是宇宙收縮回奇點的大反彈。
每一種理論都讓人不禁遐想,但尚無定論。即便這些理論最終沒有成為現(xiàn)實,我們的宇宙也將在漫長的歲月中,逐漸步入無盡的黑夜與死寂。
根據(jù)天體物理學(xué)家弗萊德·亞當(dāng)斯與格里高利·拉夫林在《宇宙的五個年代》一書中所述,宇宙生命周期被劃分為五個時代。我們不妨以此為索引,探討宇宙的最終命運。
原初時代(Primordial Era)
原初時代自宇宙大爆炸起始,至4億年后首顆恒星誕生,這一時代早已謝幕。
恒星時代(Stelliferous Era)
在這個時代,恒星們成為宇宙的主角,星空閃耀,群星璀璨。有幸生活在這一時期的我們,無疑是得到了自然的恩賜。
那么,這個璀璨的時代何時會落幕呢?換言之,宇宙中最后的一顆恒星何時會熄滅?質(zhì)量小的恒星壽命較長,因為其核聚變反應(yīng)中,將氫轉(zhuǎn)化為氦的速度較慢。如紅矮星,其壽命可達1萬億年。而早期宇宙中誕生的紅矮星至今,僅消耗了1%的氫燃料,仿佛還是宇宙的嬰兒。
現(xiàn)今,星系仍在攪拌星云,借由星云中的氣體孕育新星。
然而,星云氣體的儲量終將耗盡。據(jù)預(yù)測,數(shù)十億年后,新的恒星形成將趨于停滯,已存在的恒星也將逐漸耗盡燃料,相繼熄滅。即便如此,星系碰撞等事件可能創(chuàng)造新星,延續(xù)恒星時代。然而,與紅矮星的萬億年壽命相比,哪怕延長500億年甚至1000億年,也無太大差異。
當(dāng)多數(shù)恒星黯淡,星系的色彩也將隨之改變。如今,多數(shù)星系顯現(xiàn)出明亮的藍白色,體積巨大的恒星是其主要光源。而當(dāng)這些恒星消逝,那些昏暗的低質(zhì)量恒星將取而代之,星系的顏色隨之轉(zhuǎn)暗變紅。
氣體耗盡數(shù)十億年后,星系中可能僅剩長命的紅矮星閃爍。這種狀態(tài)將持續(xù)1萬億年,或許更久。某些理論認為質(zhì)量最小的紅矮星壽命可達10萬億年。然而,在宇宙漫長的歷史中,這些細微的差異不過是微不足道的波動。
簡并時代
當(dāng)最后一顆恒星熄滅,釋放能量的就僅剩恒星殘骸:白矮星、中子星和黑洞。另外,還有質(zhì)量介于恒星與行星之間的棕矮星。除了黑洞,白矮星和中子星皆由簡并壓力支撐,數(shù)萬億年后,恒星時代將謝幕,簡并時代開啟。
此時的宇宙將陷入黑暗,至少對于人類視覺而言。如果我們能看見紅外線,那么宇宙或許不會那么昏暗。這些天體的溫度尚高,因此會有一定量的紅外輻射。中子星和白矮星在誕生之初溫度極高,隨后逐漸冷卻。冷卻速度與它們的大小有關(guān),但在幾萬億年后,它們或許會降至室溫。因此,在簡并時代,隨著時間流逝,宇宙會越來越冷。
然而,這個時代中,偶爾也會出現(xiàn)短暫的光亮。在孤寂宇宙中彼此環(huán)繞的白矮雙星,經(jīng)過數(shù)萬億年,會由于引力波能量輻射而逐漸靠近,最終合并,爆發(fā)為超新星。中子雙星亦會如此,合并并爆發(fā)為伽馬射線暴,短暫地照亮1000個星系。然而,這不過是一瞬間的光華,隨后宇宙再度歸于黑暗。
有趣的是,棕矮星能夠成為更好的能量源。它們可能會合并成低質(zhì)量的恒星,為黑暗的宇宙增添些許光亮,持續(xù)數(shù)百億年。
然而,時間面前,沒有任何事物能夠永存。無論是宇宙、恒星,還是微觀世界的質(zhì)子,質(zhì)子的半衰期可能為10^34年,甚至更長。當(dāng)質(zhì)子開始衰變,物質(zhì)將消解,白矮星、中子星、棕矮星、行星,都會消散于宇宙間。但值得一提的是,這個過程中有一個耀眼的瞬間:白矮星在分解時會釋放能量,功率可達400瓦,不亞于家用微波爐的功率。
此時,白矮星可能已完全冷卻,成為黑矮星。
黑洞時代
數(shù)十億年后,最后一顆簡并天體也消失,宇宙中只剩下了黑洞。
宇宙步入了黑洞時代。
傳統(tǒng)上,黑洞被視為無底洞,能吞噬一切。然而,通過量子力學(xué),史蒂芬·霍金發(fā)現(xiàn)黑洞可以蒸發(fā),從而損失質(zhì)量。黑洞越大,損失質(zhì)量的速度越慢。
例如,一個3倍太陽質(zhì)量的黑洞(最小的通過超新星產(chǎn)生的黑洞),完全蒸發(fā)需要10^68年。這是一段荒謬的漫長時間,但對于宇宙而言,它有足夠的時間等待。星系中心的超大質(zhì)量黑洞,則需10^92年才能完全蒸發(fā)。這個數(shù)字甚至大于已知宇宙中的基本粒子總數(shù)(10^85)。
隨著黑洞質(zhì)量減小,蒸發(fā)速度加快,最終在一道閃光中消失,這是黑洞時代唯一的光芒。
黑暗時代
最終,一切都將消逝。宇宙只剩下能量極低的亞原子粒子和光子。這是在10^92至10^93年后,此時,我們有理由確信,宇宙已經(jīng)終結(jié)。
宇宙步入了黑暗時代。如果時間仍有意義,那么這個時代將持續(xù)至永恒。
其他可能的結(jié)局
如果暗能量按當(dāng)前推測那樣持續(xù)增強,宇宙可能會走向另一結(jié)局:大撕裂。在這個結(jié)局中,沒有任何力量能阻止宇宙膨脹,一切物質(zhì)都將瓦解,甚至連原子都會被撕裂。大撕裂可能會在黑暗時代之前發(fā)生,但這個結(jié)局并不比黑暗時代更為光明。
最后,我們還有一線希望,或許能夠迎來一個嶄新的宇宙。量子物理的某些理論認為,我們所在的真空狀態(tài)可能并非最低能級,就像你站在臺階上,還有下一級臺階。
在黑暗時代漫長的歲月之后,某一小片空間可能因為某種原因,跌落至下一個能級——真正的真空。這將引發(fā)周圍的空間紛紛跌落。在這些跌落的空間中,物理定律被重寫,時間和空間不復(fù)存在。這個區(qū)域迅速擴張,留下的空缺被一個全新的宇宙所填補。這也許正是我們的宇宙誕生的過程。
這個猜想為我們帶來了一線希望,盡管希望渺茫,但總勝過在黑暗與寒冷中永恒沉睡。
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