理论上存在某种临界密度 。如果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”;要是平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来并收缩,称为“闭宇宙” 。
目前来看,开宇宙的可能性大一些 。
加速膨胀
诺贝尔奖获得者布莱恩·施密特指出:“物质与物质之间的空间正在加大 。“
2011年,布莱恩·施密特和他的同事因利用“超新星”作为“宇宙探测器”发现宇宙的加速膨胀而获得了当年的诺贝尔物理学奖,在研究之初,他们的想法是测量宇宙的膨胀速度如何因为万有引力的作用而减缓,而最终的发现却出乎人们的意料,事实证明,宇宙的膨胀速度越来越快 。他解释道:“我们观察物体远离我们的速度,就像多普勒雷达采用多普勒频移来定位、测量一样 。我们测量距离以及这些动作划分的距离,从而计算出宇宙的膨胀速度 。我们的测量方法就是观察遥远的物体,在不同的时间做同样的测量,通过比较得出结论 。从这个角度来说,这是一个很简单的实验 。通过比较过去与现在测量的不同距离,我们得知现在宇宙的膨胀速度比以往快很多 。“
研究人员计算出目前的宇宙膨胀速度,即所谓哈勃常数,约为73.2公里/(秒·百万秒差距) 。每百万秒差距相当于326万光年,因此一个星系与地球的距离每增加百万秒差距,其远离地球的速度每秒就增加73.2公里 。这意味着,在98亿年内,宇宙天体间的距离将扩大一倍 。
宇宙的结局
热力学定律不会让宇宙获得永生,新的恒星无法继续形成时,宇宙抵达热寂平衡点,宇宙的状态如同诞生之初的那一碗汤状时空 。热寂是热力学上的终点,整个宇宙任何一处的温度都仅仅比绝对零度高一些,这意味着没有东西会幸存下来 。[100] 少部分科学家认为,宇宙结局如果是大坍缩,所有的物质最终都会变成原子状态,再经过一次偶然的量子涨落,新一轮的大爆炸又形成了,下一个宇宙诞生 。
宇宙学家认为,如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度,膨胀会逐渐减速,但永远不会停止 。恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止;恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞 。相当缓慢地,这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞 。宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度,从而达到所谓大冻结 。此外,倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的,重子物质最终也会全部消失,宇宙中只留下辐射和黑洞,而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发 。宇宙的熵会增加到极点,以致于再也不会有自组织的能量形式产生,最终宇宙达到热寂状态 。在ΛCDM模型中,暗能量以宇宙学常数的形式存在,这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集,并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂 。对暗能量的其他解释,例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开,即所谓大撕裂 。
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