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猜想加速膨胀的宇宙

2008-09-26王建红

中学科技 2008年9期
关键词:白矮星天文学家星系

王建红

依靠大爆炸时的残余力量,宇宙差不多已经膨胀了140亿年,直到今天,宇宙膨胀依然在继续,我们不禁要问:它是否会一直这么膨胀下去?如果宇宙一直膨胀下去会发生什么事情?或者它是否终有一天会停止膨胀?宇宙的命运会是什么样子?宇宙将走向何处?

10年前,天文学家在利用“哈勃”空间望远镜观测遥远的超新星时发现,宇宙不仅在膨胀,而且在50亿~60亿光年之外,膨胀是加速的。那么是什么力量引起宇宙加速膨胀呢?今天,最好的答案也许是我们称为“暗能量”的宇宙斥力。

虽然暗能量的发现震惊了科学界,但科学家对于暗能量的本质并不清楚,只知这是一种起斥力作用的能量,而且就通过某种方式内含于空间本身之中,就好比糕饼上糖霜的颜色含于糖霜之中一样。科学家们认为正是暗能量导致宇宙加速膨胀。

很多天文学家相信,假如往后不会出现别的因素阻止宇宙加速膨胀的话,宇宙将不得不面对黯淡的未来,美国天文学家施滕·奥登瓦尔德为大家描绘了加速膨胀的宇宙可能会经历的几个画面。

恒星时期

从第一批恒星诞生(100多亿年前)开始一直到现在,这段时期叫做恒星时期。在这个时期,恒星不断地从大爆炸后形成的氢、氦气体中形成,在一批恒星死亡后,新的恒星又从它的残骸中诞生,“凤凰涅磐,死而新生”。

恒星时期是宇宙最辉煌的时期,作为太阳系中的“公民”,我们来看看太阳系在这一时期内发生的变化:拥有漂亮光环的土星可算是太阳系中最美丽的一颗行星了,可是1亿年之后土星的光环将会消失。而地球,6亿年之后的温度将升高到约80℃,更为可怕的是,10亿年之后地球将失去海洋,并回复到它以前的无生命状态。20亿年之后,地球的温度将达到130℃,同时月球也不再对稳定地球自转轴起作用,混乱的局面将会出现。由于太阳系内引力平衡的变化,35亿年后地球与金星会成为双行星;48亿年之后由于太阳的变化,地球的温度将升高至1330℃!这时的太阳也将走完它的壮年时期,开始变为一颗红巨星,体积剧烈膨胀的太阳将会吞没掉金星和地球——这将发生在太阳变为红巨星后的26.8亿年。

在太阳系变化的同时,我们的银河系也将发生巨大的变化。现在,天文学家已经观测到银河系与仙女座星系正在相互靠近,天文学家们计算出这两大星系最终会发生碰撞,合并成一个更大的星系,这将在30亿年之后发生。恒星时期是宇宙的光明时期,恒星照亮了宇宙,也使宇宙中充满了生机。

简并时期

正常恒星是依靠热核反应发光的,显然,一旦宇宙中的氢元素被消耗光了就不可能再诞生新的恒星。事实上,恒星的形成还要求氢分子云必须达到一定的密度和压强,因此,远在宇宙中的氢元素被消耗完之前很久,新的恒星就已经停止形成了,这意味着恒星时期即将结束。此后,充斥宇宙的将是白矮星、中子星、黑洞等恒星残骸和一部分褐矮星。白矮星、中子星都是由超密态物质组成,物理学家称那样的超密态为简并态,因此,这个在恒星结束以后到来的新时期就称为简并时期。

大约在1014年后,宇宙进入到简并时期,持续的时间也比恒星时期长得多。实际上,1000亿年之后,宇宙就将成为一个黑暗而又静寂的场所,可是这时的宇宙可能仍然适宜生命存在。到了大约1018年时,星系开始土崩瓦解,虽然发光的恒星已全部灭亡,但也不排除会出现两颗白矮星碰撞,重新启动核反应,给宇宙带来短暂的光明。这可能是简并时期宇宙中最辉煌的事了,可是这之后的宇宙将会变得越来越黯淡。

黑洞时期

对于宇宙来说,更致命的是在简并时期快结束的时候,大约也就是在1034年之后,所有以碳为基础的生命形式一概灭绝。而这时的黑洞,这个当简并时期结束后宇宙中仅剩的最后天体,靠着强大的引力吞噬掉它沿途所遇到的一切物质。在1035~1040年间,质子和中子可能会发生衰变;而黑洞,这个宇宙中的“魔王”最终也逃脱不了死亡的命运——大约在1065年后,恒星级黑洞蒸发。质量越大,蒸发越慢,一个与银河系质量相当的黑洞完全蒸发需要10100年。

黑暗时期

等所有的黑洞都蒸发完之后,宇宙就进入最后的一个时期——黑暗时期,不再有任何天体,除了能量之外只剩下了一些光子、中微子、电子和正电子在空间久久地自由穿梭,偶尔,电子与正电子会相遇而湮灭,变成光子,使黑暗的宇宙中出现一线微弱的闪光。

宇宙经历到黑暗时期之时也仍然摆脱不了继续加速膨胀的命运。在一个以暗能量为主导的宇宙之中,是没有什么力量能阻止宇宙的加速膨胀的。

在遥不可及的未来,宇宙可能会继续膨胀下去而真正地“四大皆空”。这是宇宙的末日,还是宇宙的永生?

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