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大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭
作者:魅力科学君 | 2024/6/8 10:49:28 | 浏览:799 | 评论:0

关于宇宙最终的结局,人们提出过各式各样的假说,其中有一种被称为“大撕裂”(Big Rip)的理论认为,在大约220亿年后,宇宙就会终结,而像地球这样的行星,则会在宇宙终结前几分钟毁灭。这到底是怎么回事呢?下面我们就来了解一下。

大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭

在上世纪20年代,科学家发现,宇宙其实是处于一种持续膨胀的状态,以至于那些遥远的星系,都在远离我们而去。

在此之后,人们就开始思考一个问题,即:在遥远的未来,宇宙的膨胀是会一直持续下去,还是会在某一个时间点停止下来,然后开始收缩?

为什么会有这样的一个问题呢?我们可以用一个简单的思想实验来进行说明。想象一下,在地球的表面,有一个人用力向天上扔了一块石头,接下来会发生什么?

一种常见的结果就是:在这个人扔出石头之后,虽然石头在开始的时候会不断向上飞,但在地球引力的作用下,它的上升速度会越来越慢,并最终掉头向下,重新落回地球表面。

而从理论上来讲,还会有另一种结果,那就是:假如这个人的力气特别大,以至于在他扔出石头之后,石头的速度达到或超过了第二宇宙速度,那么在不考虑空气阻力等其他干扰因素的情况下,这块石头就会一直向上飞,在此过程中,尽管它的上升速度仍然会因为受到地球引力的作用而越来越慢,但它却会一直处于一种远离地球的状态,永远不会回到地球表面。

大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭

同样的道理,由于引力是长程力,宇宙的膨胀也会受到自身引力的作用,因此宇宙的膨胀也会有一个临界速度。

如果宇宙膨胀的速度低于这个临界速度,那在未来的某一个时间点,宇宙就会停止膨胀,然后在自身引力的作用下开始收缩,而假如宇宙膨胀的速度达到或超过了这个临界速度,那么宇宙就会一直膨胀下去,在此过程中,虽然宇宙膨胀的速度仍然会越来越慢,但却永远不会停止。

那么,宇宙在未来到底会是哪种情况呢?要找到这个问题的答案,一个简单的方法就是,测量出宇宙的质量,这样就可以知道宇宙自身引力大小,然而据此就可以计算出上述“临界速度”的具体数值,在此之后,将其与实际观测到的宇宙膨胀速度进行对比就可以了。

然而以我们人类的观测水平,想要精确地测量出宇宙的质量,可以说是一件不可能的事情。所以科学家就想到了另一个方法,其思路可以简单地描述为:在“宇宙大爆炸”发生之后,宇宙的膨胀就会在自身引力的作用下不断减速,所以宇宙的膨胀就有一个负的加速度,因此我们只需要测量出宇宙在过去的不同时间段的膨胀状态,并对其进行对比,就可以计算出宇宙膨胀的加速度,据此就可以计算出宇宙自身的引力有多大。

大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭

需要知道的是,在光速的限制下,我们看到的那些遥远的天体,其实都是它们在很久之前的样子,距离越远的天体,在我们眼中就越古老,这就意味着,我们只需要观测不同距离的天体因为宇宙膨胀而产生的“退行速度”,就可以知道宇宙在过去的不同时间段的膨胀状态。

由此可见,这种方法是可行的。于是从上世纪90年代起,科学家就开始利用这种方法来测量,宇宙的膨胀速度在过去到底降低了多少。在1998年的时候,两个研究团队分别公布自己的研究结果:宇宙的膨胀速度并没有像之前想象中的那样越来越慢,而是越来越快。

也就是说,宇宙其实是在加速膨胀。对于当时的科学界来讲,这无疑是一个颠覆认知的发现,然而后续的研究也多次证实了,实际情况确实是这样,而这两个团队中的三位科学家也因此在2011年的时候,获得了诺贝尔物理学奖。

想象一个场景:一个人在地球表面向天上扔了一块石头,按道理来讲,这块石头的上升速度应该是越来越慢才对,但实际观测结果却是,这块石头的上升速度却是越来越快。显而易见的是,如果真是这样的话,那这块石头就应该受到了某种能量的推动,例如石头上装有一个火箭发动机,可以给它提供加速上升的推力。

同样的道理,宇宙的加速膨胀,也应该是受到了某种能量的推动,是什么能量呢?

大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭

很遗憾,直到现在,科学家都无法解释这种能量到底是什么,我们现在只知道,有一种未知的能量在推动着宇宙加速膨胀。这种未知的能量,就被称为“暗能量”(Dark Energy),实际上,大撕裂理论就与“暗能量”密切相关。

科学家根据已知的观测数据推测出,“暗能量”是一种充溢空间的、具有负压强的能量,它们均匀地分布在宇宙之中。

所以大撕裂理论认为,宇宙的加速膨胀,表明了“暗能量”一直在增加,而随着这个过程的持续,终有一天,“暗能量”将会强大到没有任何力量能与之抗衡,到了那个时候,宇宙中所有的物质,都将被“暗能量”从基本粒子层面被彻底撕裂,这样的情况,就被称为“大撕裂”。

大撕裂理论:220亿年后宇宙终结,地球将在宇宙终结前几分钟毁灭

根据该理论的预测,如果宇宙一直加速膨胀,那么在大约220亿年后,宇宙就将在“大撕裂”中终结,假如地球在那时依然存在的话,那么地球就将在宇宙终结前几分钟毁灭,其过程大致如下:

“大撕裂”发生前约2亿年,宇宙中的大尺度结构将开始解体。

“大撕裂”发生前约6000万年,所有星系的结构就再也无法维系,星系中的众多恒星都会四散而去。

“大撕裂”发生前约3个月,恒星的行星系统也会分崩离析。

宇宙中的恒星、行星等天体,将会在“大撕裂”发生前几分钟被撕裂。

“大撕裂”发生前约10的负19次方秒,宇宙中所有的原子都将被撕裂。

在“大撕裂”发生时,甚至连时空本身也会被撕裂,而这也就意味着宇宙的终结。

当然了,这只是根据已知的观测数据以及相关的理论所给出的一种假说,因此大家看看就成,不必对此太过当真。

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