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宇宙的未来是什么?

文章发表于2023-10-08 09:37:49,归属【科技前沿】分类,已有417人阅读

科技前沿

值得注意的是,事物的起源常常与最终导致其灭亡的相同现象联系在一起——当我们思考宇宙的终结时,从地球的终结到宇宙的终结,这一事实尤为明显。

例如,行星科学家越来越怀疑撞击原始地球的彗星(由尘埃和冰组成的冰冻球)和含冰陨石可能提供了地球上生命所必需的大部分水——也许还有大部分有机物质。在海尔-波普彗星等彗星上发现了有机分子,在最近的一项研究中,研究人员用气枪以每小时1.6万英里的速度向冰块发射金属弹丸,模拟了这些宇宙撞击着陆,冰块中含有一些构成彗星的化学物质。撞击产生的冲击波和热量产生了形成氨基酸的分子,氨基酸是蛋白质的基本组成部分。

然而,赋予这颗行星生命的同样的物体也可能导致它的灭亡。天文学家预测,大约每1亿年左右就会有一颗大到足以造成全球毁灭的彗星或小行星撞击地球。幸运的是,如果这样的彗星或小行星比预期的要早到达,我们正在建立观测系统来发现和跟踪靠近地球的天体,可以想象,这为我们提供了足够的时间来提前做准备。

无论我们设置了多少预警,宇宙大碰撞是无法避免的。不可阻挡的引力使银河系得以形成,也使我们与邻近的仙女座星系发生了碰撞。最近的观测证实,仙女座正以每秒60英里的速度径直向我们飞来,并将在大约40亿年后穿越目前分隔我们星系的250万光年的距离。

虽然两个星系的碰撞可能会让人联想到大爆炸的画面,但如果我们的后代还活着的话,这一事件在很大程度上是无法察觉的。(他们将不得不寻找另一个家园:到那时,太阳的亮度会越来越高,地球将不适合居住。)星系大多是空旷的空间,所以几乎没有恒星或行星会发生碰撞。

尽管如此,我们所知道的银河系将不复存在。随着仙女座星系和银河系的合并,两者都将失去其盘状结构,形成一个单一的椭圆星系,一些天文学家称之为“仙女座星系”。

如果宇宙的大小保持不变,那么星系之间的相互引力最终会使所有星系融合在一起。但自从1929年天文学家埃德温·哈勃的发现以来,我们就知道宇宙在膨胀,平均而言,星系之间的距离越来越远。在20世纪的大部分时间里,宇宙学界的一个大问题是:宇宙中是否有足够的重力使引力能够阻止这种膨胀?或者遥远的星系会继续分开,减速但永远不会完全停止?

随后,1998年的一项发现提出了第三种不可预见的情况:宇宙的膨胀并没有减速,而是加速了。我们现在知道,宇宙中大约70%的能量存在于真空中,尽管我们对其中的原因一无所知。这种“暗能量”就像一种宇宙反引力——真空似乎会产生一种排斥力,这与所有形式的物质所施加的吸引力相反。自宇宙大爆炸之后,这两种相互竞争的力量一直影响着宇宙的膨胀。但随着宇宙的膨胀,物质的密度下降,而暗能量的数量保持不变。随着重力的制动作用减弱,膨胀加速。如果暗能量继续占据主导地位,最有可能的结果比之前设想的任何情景都更令人沮丧。目前的膨胀将永远持续下去,速度越来越快,以至于我们现在观测到的所有星系,大约有1000亿个,总有一天会消失在我们探测不到的地方。我们的星系将是可见宇宙中唯一的星系。然后,一旦恒星燃烧殆尽,宇宙将变得真正寒冷、黑暗和空虚。

在我们了解暗能量的真正本质之前,宇宙的命运仍将是一个谜。宇宙可能会有一个令人惊讶的结局。