宇宙是如何诞生的,很多朋友可能都大致有个谱了,比较公认的说法是在137.99亿年前,发生了一次空前绝后的大爆炸,创造了时间和空间,宇宙也由此而诞生。
但宇宙究竟会如何走向终结,却始终有着很大的争议,诞生了各种各样不同的版本,比较优雅、华丽、黑暗、悲伤且容易引发浪漫主义情感,相对多一点点的人赞同的观点是,在10^100年(10后面100个0)后,所有恒星都会燃尽它们的燃料,所有星系都会完全暗淡下去;此后黑洞也将在霍金蒸发中慢慢变小,最后完全消失,宇宙中只剩下简单的亚原子粒子和能量,相互之间距离极为遥远,宇宙的温度降到无限接近于绝对零度,宇宙最终在热寂中趋于死亡。
是不是充满着黑暗、浪漫和悲伤?不过中间好像有些什么不对劲呢,事情真的如此简单吗?美国伊利诺伊州立大学的理论物理学家马特·卡普兰(Matt Caplan)今年春季在开设一门天体物理课时,突然敏锐地意识到了这个不对劲所在:像我们太阳这样的恒星,在燃尽燃料后并不会变成黑洞,而是会成为白矮星,而白矮星的寿命是极长的,在宇宙毁灭的过程中,它们的命运会是怎样的呢?
卡普兰教授研究后发现,白矮星的重力仍会试图继续坍缩,然而由于电子简并压力的抵消,白矮星将维持一种平衡的状态,所有粒子都锁定在晶格中慢慢辐射能量,时间长达数万亿年,远远超过现在宇宙的年龄,最终会逐渐冷却变成黑矮星。
黑矮星没有能量来推动聚变反应,因此内部几乎不会发生任何事情,那么它们会一直这样存在下去,直到宇宙终结吗?那么热寂宇宙的理论是不是就有问题了呢,竟然还有这么大的家伙存在,宇宙怎么就终结了呢?
卡普兰的研究表明,黑矮星内部聚变反应仍然会发生,这是因为量子力学允许粒子穿过高能势垒,导致聚变进行,只是速率会变得非常之低。当硅之类的原子融合成铁时,会产生电子的反物质——正电子,它会与黑矮星中的电子发生湮灭,削弱黑矮星的简并压力。在质量为1.2到1.4倍太阳的恒星(约占宇宙中恒星总数的1%)形成的黑矮星中,这种削弱最终会导致灾难性的重力坍缩,引发类似于大质量恒星超新星爆发的巨大爆炸。
卡普兰说,这种剧烈的爆炸将在10^1100年后发生,一直持续到10^32000年,这些数字基本是我们无法理解的了。那时候宇宙中将此起彼伏,不断地炸响一个又一个黑矮星烟花。然而,这种绚烂的烟花却没有人能欣赏到,即使你勉为其难活到那个时候,由于宇宙已膨胀到无法想象的地步,黑矮星之间的距离是如此之大,你周围极目所望的任何一个方向,几乎都不可能看到任何黑矮星的爆炸。
事实上,卡普兰的计算表明,我们现在460亿光年的可观测宇宙直径,届时将膨胀到约e^10^1100倍。这个数字有多大呢?我们来算一个简单的2^3^3是多少吧,3^3是27,那么2^3^3就是2^27,大约是134217728,也就是一亿多,所谓的e^10^1100可以说完全无法想象,是我迄今看到过的被赋予一定意义的最大一个数!当然,下面维基百科中关于热寂宇宙的数据就更无法想象了。
更加不可想象的是,黑矮星爆炸的时间横跨10^1100年到10^32000年,即使宇宙中有这么多黑矮星,你的眼力也足以扫遍比e^10^1100倍可观测宇宙还大不知道多少倍的整个膨胀后的宇宙,也要等到很多很多亿亿亿亿……年才看得到一颗黑矮星爆炸,那真的不能算宇宙烟火,而只能是宇宙鬼火了。
所有这一切,其实都是计算和想象,宇宙真的会怎样走向灭亡,还得看宇宙自己怎么想!
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