宇宙简史:起源与归宿(宇宙的起源与归宿)
科学家认为它起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。
这是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。
大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。
原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种 “暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离;天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近。
引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小。
理论上存在某种临界密度。
如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙;要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙。
问题似乎变得很简单,但实则不然。
理论计算得出的临界密度为5×8^-30克/厘米3。
但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。
星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31克/厘米3,远远低于上述临界密度。
然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。
因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。
不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些。
恒星演化到晚期,会把一部分物质(气体)抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星。
这一过程中气体可能越来越少(并未确定这种过程会减少这种气体。
)。
以致于不能再产生新的恒星。
10^14年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗。
同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大。
(根据质能守恒定律,形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。
所以新的恒星可能会一直产生.) 10^17~10^18年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定。
10^32年后,质子开始衰变为光子和各种轻子。
10^71年后,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。
10^108年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。
宇宙将归于一片黑暗。
这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。
(但质子是否会衰变还未得到结论,因此根据质能守恒定律。
宇宙中的质能会不停的转换。
) 闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。
如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400~500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩。
以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。
收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。
再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密。
在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁。
这些结局也只是假想推论的。
近几年来,一批西方的天文学家发表了关于“宇宙无始无终”的新论断。
他们认为,宇宙既没有“诞生”之日,也没有终结之时,而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动,循环往复,以至无穷的。
至于“宇宙无始无终”的新论是否正确,科学家认为,过几年国际天文学界可望对此做出验证。