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宇宙起源将被改写,诺奖得主彭罗斯:宇宙在循环,已找到证据

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你好科普 2021-11-27 09:00

人类总是在思考的三个哲学问题,我是谁,我来自哪里,我又将去向何方?带着这三个问题,人类将自己居住的地球翻了个底朝天,通过各种生物化石以及历史遗迹整理出来了人类的演化过程。

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人类起源

不过就是因为人类有着聪慧的大脑,善于思考,研究完了自己,又将我们的目光转向了浩瀚的宇宙,不仅要弄清楚地球是怎么形成的,还要了解宇宙的起源。

宇宙大爆炸

现在科学界的主流思想认为宇宙是源于一次大爆炸。不过这个理论的形成和接受也是有一个漫长的过程的。作为推动这个理论的鼻祖就是著名的科学家爱因斯坦了。在他没有提出广义相对论之前,科学界对于宇宙的来源众说纷纭,但都没有一些实际的数据或者证据进行支撑。

宇宙物质

而广义相对论中就提出了一个引力场方程,基于这个方程,科学家们可以通过数学的方式来计算并且推断出宇宙的起源以及未来的状态。勒梅特就此推断出了宇宙是从一个很小的点膨胀开来的,这就是最早的原生原子说。在这个基础上,哈勃又通过不断地观测,发现了宇宙红移现象,也就是宇宙中的星系都在不断地向外远离,并且越往外移动的速度越快。

红移现象

这意味着宇宙仍在膨胀,就像勒梅特认为的那样。如果这些星系在逐渐地分开,那就意味着在很久以前,所有的东西都是紧密相连的。最终,在这些前者的基础上推导出了宇宙大爆炸理论。宇宙大爆炸,就是宇宙从一个拥有高密度,高温度以及高能量的奇点爆炸而来。

宇宙大爆炸

爆炸后的物质向外扩散,逐渐地减慢了速度,沉淀下来形成星云,星云中又孕育了各种星球,这其中也包括了地球。

宇宙的未来会是怎么样?

基于引力对不同密度的物质将产生不同的影响这个前提,科学家推测出宇宙未来可能会出现的命运。在这里,我们首先要引入一个概念,临界密度。临界密度是指宇宙中物质的平均密度。保持这个密度水平,宇宙中的引力能够达到一个平衡点,这样就能够阻止宇宙进一步扩张和膨胀,但是这个过程需要较长的一个时间。同时,为了对宇宙的未来做出可靠的预测,科学家首先要计算出宇宙的平均密度。要进行计算,他们先要了解组成宇宙的物质是什么,他们的密度分别是多少。

宇宙密度

在大约30年前,天文学家们还认为宇宙几乎都是由构成恒星、星系和行星组成的 “普通 ”物质组成。然而,随着近年来科技的发展,我们观测到了许多以前没有发现或者我们肉眼看不到的物质,比如宇宙中存在的辐射、一些重子物质、暗物质和暗能量。

宇宙中物质构成

而宇宙的未来会变成什么样子,则是取决于它的密度是大于、等于还是小于这个临界密度。因此,就产生了三种可能性。

1. 形成一个封闭的宇宙

如果宇宙的密度大于临界密度,那么宇宙中的引力强大到足以阻止宇宙继续膨胀,形成一个封闭的宇宙。最终,宇宙中的引力将引导这个封闭的宇宙向宇宙的内部坍缩,以 “大挤压 ”的方式结束。

封闭的宇宙

2. 形成一个向外扩张的宇宙

如果宇宙的密度小于临界密度,那么宇宙的引力就会大大减弱,无法阻止宇宙继续膨胀下去,而且速度会越来越快。随着宇宙的不断膨胀,所有的恒星和星系将最终耗尽它们的能量。失去了能量支持的宇宙将彻底冷却下来,形成一个寒冷但是却向外扩张的宇宙。

宇宙扩张

3. 形成一个平面的宇宙

如果宇宙的密度等于临界密度,那么宇宙的引力会将所有物质牵引到同一个平面中来,形成一个平坦的宇宙。不过这个宇宙还是会慢慢地进行膨胀,不过速度要比向外扩张的宇宙要慢得多,而且花费的时间也要长得多。

平面的宇宙

不过鉴于我们对于宇宙中暗物质和暗能量的了解不多,随着认知的深入,可能宇宙的未来还会发生一些变化。就目前我们观察到的情况来看,在这个加速膨胀的宇宙中还会出现第四种可能性。

- 我们现在所能看到的星系一个接一个地消失在我们的视线中。

- 几百亿年后,银河系将是我们唯一能看到的星系。

- 太阳将会坍塌成一颗白矮星,无法像现在这样为地球提供足够的光和热。

- 恒星将慢慢烧毁并坍缩成黑洞。

白矮星

宇宙最终将成为一个巨大、空旷、黑暗和寒冷的地方

罗杰·彭罗斯的宇宙循环到底说了啥?

不管是上述哪种情况,宇宙最终都将消耗掉所有能量成为一个死寂之处。不过罗杰·彭罗斯描述的宇宙在大坍塌之后产生循环宇宙的可能性。考虑到这位科学家还获得了2020年诺贝尔奖,那么我们一起来看看为什么他这么支持这个宇宙循环理论吧。

罗杰·彭罗斯获奖

要了解宇宙循环理论,想要引入一个知识点,霍金点。霍金点指的是在宇宙微波背景辐射上类似漩涡状的现象。下图就是由普朗克卫星拍摄的最精细宇宙微波背景辐射地图,在这个地图中,罗杰总共找到了大约有30处这样的点。罗杰认为这些点是宇宙黑洞蒸发后形成的痕迹,而霍金是提出黑洞理论的人,因此他用霍金点来代指这些旋涡状的现象。

霍金点

而正是因为这些点的存在,罗杰才相信黑洞是上一个宇宙在坍塌时留下的痕迹。因此,宇宙才会不断地坍塌,聚集到一点后又膨胀开来,形成不断循环的状态。

结语

目前主流学界采用标准宇宙模型推导出了宇宙平坦、宇宙微波背景辐射分布均匀等现象,而由阿兰·古斯提出的宇宙暴胀理论正好完美地解释这些现象。因此,宇宙暴胀理论受到了广泛的认可。而作为与之对立的宇宙循环理论,因为与标准宇宙模型充满了矛盾,而且也没有相应的证据所支持,只有彭罗斯仍然为其摇旗呐喊。不过宇宙中还充满了太多未知的事物,未来宇宙的命运到底如何只能静观其变。

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