10万亿年后的宇宙:恒星熄灭黑洞蒸发,只剩下绝对零度

星空承载梦想 2024-11-08 08:58:32
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人类是地球上最有智慧的生命,从人类诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快,当人类走出地球看到宇宙之后,人类的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人类想要知道宇宙到底有多大,在宇宙中是不是还存在外星生命?带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,根据科学家的研究我们能够知道,我们的宇宙诞生于奇点大爆炸,在138亿年前,有一颗质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙快速的向四周膨胀,经过漫长的时间,宇宙才膨胀成我们现在所看到的样子,宇宙中的天体都是在宇宙大爆炸之后形成的。

宇宙大爆炸理论并不是科学家凭空猜测出来的,而是有一定的事实依据,比如说哈勃红移:天文学家哈勃在研究星系光谱时发现,宇宙中大部分星系的光谱都出现了红移现象。多普勒效应表明,当光源远离观测者时,其频率会降低,波长会拉长,光谱表现出红移。这意味着这些星系正在远离我们。并且哈勃还发现,距离银河系越远的星系,其光谱的红移值越大,即退行速度越快。星系的距离和退行速度呈现出线性关系,这就是著名的哈勃定律。这个定律告诉我们遥远星系正在远离我们,除此之外,还有宇宙微波背景辐射,根据宇宙大爆炸理论,早期宇宙处于高温高密度状态,随着宇宙的膨胀和冷却,大爆炸的热量不会完全消失,应该会残留着高于绝对零度几度的背景辐射,且可以在微波波段探测到。

1964年,威尔逊和彭齐亚斯两位射电天文学家意外发现了一种各向同性的辐射信号。后来被证实,这个信号就是宇宙微波背景辐射。其温度大约为2.725开氏度,这与理论预言相吻合。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的“余晖”,是该理论的关键证据之一。而且宇宙元素丰度也证明了宇宙起源于大爆炸,根据科学家的研究发现,在宇宙中重子质量的百分之75左右是氢,百分之24左右是氦,百分之1左右是其它重元素,这和宇宙大爆炸模型预测的一样,从而验证了这个理论在元素合成方面的正确性,从宇宙大爆炸开始,我们的宇宙就在不断的膨胀当中,到现在依然没有停止,科学家认为,宇宙之所以会不断的膨胀,主要是暗能量和暗物质在起作用。

暗能量和暗物质是一种无法被直接观测到的物质,科学家是利用引力效应发现他的,比如在研究星系旋转曲线的时候,发现星系外侧恒星的旋转速度比理论预期的快,如果仅仅靠可见物质的引力,外侧恒星应该会慢很多,由此推测没有额外的质量即暗物质提供了引力,这种物质非常神秘,它不会和其它任何物质发生化学反应,所以我们看不见也摸不着它们,暗能量是一种充满宇宙的能量,它能够推动宇宙不断的膨胀,在1998年的时候,科学家发现宇宙膨胀在加速,而正常物质和暗物质的引力会使得宇宙膨胀,于是推断存在暗能量,暗物质大约占到宇宙总质量的百分之68,目前科学家也在积极的研究当中。

不过有很多科学家认为,我们的宇宙不可能一直膨胀下去,也就是说我们的宇宙也是有寿命的,宇宙中任何一个天体和物质都不会是永恒的,关于终于的最终结局,在科学界也是有多种说法,其中比较著名的一个说法就是大热寂,它反映的其实是一个更深刻的宇宙规律,而且这条规律就在我们身边,它就是熵增定律,熵增定律是由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)发现的。1854年,克劳修斯首次提出了这一定律的相关概念。1865年,他把这一状态参量命名为“entropie”(德语,来源于希腊语“τρoπή”,“umkehren”,有“转变”之意)。克劳修斯引入了熵的概念来描述热传递的不可逆过程,即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的。

熵增定律指出,在一个孤立系统里,如果没有外力做功,其总混乱度(熵)会不断增大。这一定律对于理解热力学过程以及自然界中许多现象的发展方向具有极其重要的意义。从物理学的角度来说,熵增是无法改变的,比如说一个房间如果没有人打理,那么就会变得混乱,这就意味着事物都是有自发走向混乱的趋势,在宇宙层面,熵增可能指向宇宙的热寂,随着熵的不断增加,宇宙中所有能量差都会消失,最终达到平衡,整个宇宙一片死寂,没有任何能量来维持生命和运动,不过在日常生活中,我们能够通过输入能量来对抗熵增,而这也只是延缓而已,并不能够彻底的解决熵增。当宇宙中的熵达到最大值的时候,我们的宇宙寿命也就走到了尽头。

最终宇宙中所有的恒星都会熄灭,而黑洞也会因为霍金辐射而消失,霍金辐射是在1974年提出的一个理论,在经典理论中,黑洞的引力非常强大,连光都无法逃离黑洞的引力,黑洞不会向外释放任何物质,但是霍金结合量子力学的原理发现,在黑洞的视界附近,由于量子涨落会产生一对虚粒子,它们是正反粒子对,正常情况下这对虚粒子会快速的湮灭消失,然后在黑洞视界边缘,有可能其中一个粒子会被吸入黑洞,而另一个粒子则会向外逃逸,在远处的观测者看来,黑洞就像是发射粒子一样,这就是霍金辐射,这就意味着我们的宇宙并不是只进不出的。霍金认为,当虚拟粒子出现在黑洞视界边缘时,可能会出现4种情况,1、虚粒子对正常湮灭,2、两个虚粒子同时被黑洞吞噬,3、负虚粒子被黑洞吞噬,正虚粒子逃离,4、正虚粒子被黑洞吞噬,负虚粒子逃离。

根据霍金计算得出,在这4种情况下,第三种情况出现的概率是最大的,而负虚粒子携带了负能量,因此在黑洞吞噬负虚粒子之后,它的能量就减少了。如果说一颗黑洞长期没有吞噬物质,那么这颗黑洞会因为霍金辐射而蒸发殆尽,最终消失,如果宇宙中所有的恒星、行星都消失之后,黑洞也会因为长期没有吞噬物质而消失,最终宇宙会变成漆黑一片,而这个时候的温度就达到了绝对零度-273.15摄氏度,这是理论上最低的温度,而这个温度只有在宇宙灭绝的时候才能够发现,想要理解绝对零度,还需要从19世纪末的时候开始说起,当时的科学家开始了对低温物理的探索,它们发现当气体的温度降低,其压强也会随之降低,根据这个规律,它们推测,如果能够将气体的温度降到极点。

那么气体的压强也会降到零点,这个温度就是绝对零度,在物理学当中,温度的高低和粒子的运动快慢有关系,所有的粒子无论大小,都在进行一种形式的运动,当粒子的运动速度越快的时候,那么温度就会变得越高,当粒子的运动速度越慢的时候,温度也就会变得越低,但是在我们现在的宇宙当中,粒子不管如何,它都会运动,不可能停止不动,这是因为爱因斯坦的相对运动,在狭义相对论中,相对运动主要体现为相对性原理和光速不变原理。相对性原理是指物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。例如,在匀速直线运动的火车里做物理实验,和在静止的地面实验室里得到的物理定律结果是一样的。

光速不变原理指出,光在真空中的速度对于任何观察者来说都是固定不变的,约为每秒299792458米。这就导致了一些奇特的现象。比如时间膨胀,当两个物体有相对高速运动时,它们各自所感知的时间流逝速度是不同的。运动速度快的物体,其时间流逝相对慢一些。还有长度收缩,在相对运动方向上,运动物体的长度会比静止时缩短。这些结论改变了人们对时间和空间的传统认知,并且已经在粒子加速器实验等众多科学实验中得到验证。简单来说就是,宇宙中没有绝对零度的物体,所有的物体都在做相对运动,比如说我们坐在汽车里面,我们以汽车为参照物,我们就会看到外面的人在快速的向后运动。

而实际上是我们的汽车在运动,对于马路上的人来说,它们会看到汽车运动,但是这都是相对的,如果说两辆行驶速度为80迈的汽车并排行走,那么我们就不会感觉到它们在运动,既然如此,那么在宇宙中就不存在绝对静止的物质,自然粒子也不可能完全静止,所以绝对零度就不会出现,但是当宇宙中一切的物质都死亡以后,那么就没有参照物可选,这时候粒子就会达到完全静止的状态,在这种状态下,绝对零度才能够出现,对于很多科学家来说,它们根本不希望绝对零度的出现,因为它代表了一切都结束了,不过对于人类来说,宇宙的寿命远比我们想象的要久远。目前我们的宇宙已经诞生138亿年,科学家认为,这只是宇宙的开始,宇宙还有很长的时间。所以说我们根本不需要担心。

不过这究竟是不是宇宙的最终结果?目前科学家也在积极的研究当中,这只是科学家的一种猜测,关于宇宙的最终结果在科学家还有很多其他的说法,比如说大撕裂结局:如果按照现在来看的话,我们的宇宙会一直膨胀下去,一些宇宙学家认为暗能量密度可能会随空间增大而增大。在暗能量密度越来越大时,宇宙将受到暗能量的控制,膨胀的加速度将会越来越大。当宇宙膨胀的加速时,任何留在地球上的观测者看到的星系将越来越少。随后,暗能量将把被万有引力束缚在一起的天体剥离开来,宇宙中任何靠万有引力支撑的东西都将发生分裂,所有物质都将被撕碎。其中包括地球,人类,原子等等。除此之外,还有的科学家认为,宇宙最终会重新回到奇点。

这个观点认为,我们的宇宙不可能一直膨胀下去,当宇宙膨胀到一定阶段以后,我们的宇宙就会停止膨胀,然后开始快速的收缩,宇宙膨胀的时候有多快,它收缩的时候就有多快,最终宇宙会收缩成一颗奇点,当奇点受到某种外力扰动以后,奇点就会发生爆炸,这时候新的宇宙就诞生了,这说明我们的宇宙也是有轮回的,只不过这个轮回的时间是多长?目前科学家也不知道,小编认为,宇宙最终到底是什么样的结局?目前科学家也在积极的研究当中,不过人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,只要人类能够坚持不懈的努力下去,人类一定能够解开宇宙中更多的奥秘,到时候我们就能够知道宇宙的结局是什么?小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

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评论列表
  • 2024-11-11 02:36

    别慌,到那时我会出手拯救全宇宙[得瑟][得瑟]

星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章