腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

隨著宇宙的誕生,空間在不斷的膨脹、向外擴張,宇宙變得越來越大。我們無法確知這一切是如何執行的,也不知道為什麼會發生,以後是否會持續膨脹也不確定。但是,如果宇宙不再繼續膨脹,而且出現逆轉(收縮)的時候,將會發生什麼呢?

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

現在,宇宙不止在膨脹,而且其膨脹在不斷地加速。事實上,一些離的足夠遠的星系,正在以比光速更快的速度遠離我們。科學家們透過研究遙遠星系的光的變化情況,來計算宇宙的膨脹。在這些研究中,都假設我們是中心點,一切事物都在遠離我們。但是實際上,空間並不是從一個特定的位置向外膨脹擴張的。

如果是這樣的話,我們就能非常容易地倒推出真正的“宇宙中心”,或是大爆炸在哪裡發生。事實上,儘管它的名字聽起來像一場“爆炸”,但大爆炸並不是簡簡單單的物質爆炸,它在過去和現在,實質上都是一種膨脹。這就意味著,現在空間擴張無處不在,任意兩點之間的距離都變遠了。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

在我們發現宇宙膨脹加速前,科學家們認為只有一種方法能夠阻止宇宙向外擴張,那就是確保有足夠的質量,使得重力能夠超越膨脹的速率,從而迫使物質向其自身方向收縮。科學家將這種情況下的物質數量稱為臨界密度,也就是宇宙膨脹或收縮的變化點。

然而,在我們發現宇宙加速膨脹後,一切都改變了,也引出了暗能量的理論。暗能量被認為是驅動宇宙膨脹的動力。從現在的研究來看,想要宇宙開始收縮,要麼暗能量消失,要麼暗能量改變其執行方式。考慮到目前還有很多未知的因素,因此有可能會發生宇宙收縮。一些模型預期暗能量最終將不再是排斥力,而成為吸引力,從而導致宇宙向內收縮。如果這樣的話,我們可能就不需要花費那麼多時間去關注這個問題了。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

現在,我們能看到宇宙顯然正在膨脹,因為我們觀測到眾多星系發生了紅移。由於多普勒效應,當天體遠離觀測者時,由其發出的光波被拉長、頻率變低,使其顯得“更紅”;而當天體離觀測者越來越近時,其光波隨運動而壓縮,併產生更高更藍的頻率,從而顯得“更藍”——這自然就是“藍移”。如果宇宙真的開始壓縮,那麼整個宇宙都將有跡可循。從某種程度上來說,“宇宙的一切都在緩慢移向我們”這種想法挺激動人心的,但實際上那也將會是一個惡兆。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

當宇宙中的物體,即每一個星系、恆星、行星,都被拉向我們的時候,從地球的角度來看,就會出現這樣的情況:我們彷彿某種超大黑洞,將每一顆物質都拽向我們,使之無法逃逸。假如我們是在宇宙的其他地方,那麼我們也會在那擁有同樣的體驗。所有存在的一切都會和其他事物相撞,也就意味著“宇宙盡頭”如顧名思義般,只是時間問題了。

所以在此情況下,如果我們可以算出壓縮的速度,那麼我們就能知道宇宙還能存在多長時間,而那時末日之鐘聲也將進入倒數…但是我們對此能做些什麼呢?更甚者說我們是否能理解這種現象呢?或許我們該問的第一個問題是:宇宙膨脹為什麼停止了?暗能量一定是出什麼問題了:要麼是其行為模式發生了改變,要麼是暗能量消失了。事實上,暗能量佔整個宇宙能量的68%,那麼任何變化都會影響深遠。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

一種可能性是暗能量由於某些原因轉化成了暗物質。但實際上,一些研究人員認為正在發生著的卻是相反的情況,即暗物質正在衰變為暗能量,使得宇宙中的暗能量不斷增加。據估計,暗物質甚至可能在數十億年後的某天將完全消失,轉變為暗能量。但是對於今天的問題——宇宙壓縮——來說,我們需要弄清楚的是這種假想轉變的逆過程,即暗能量變為暗物質並不斷減少的過程。

然而,減少一些不必要的假設,我們最好將暗能量設想為一種其值恆定的能量(這也是當前科學觀測的推斷)。假設宇宙開始坍縮,而宇宙的坍縮將會導致暗能量的下降,那麼這個假設則會被直接推翻。但也有些更容易接受宇宙坍縮說的暗能量理論,其中就包括“第五元素”論,它認為暗能量更像是一種能量場。第五元素論也壓倒了引力和當前的宇宙膨脹說···但是,假設暗能量(由於某種原因)隨著時間的推移而減弱,那麼宇宙的終極命運仍然可能是停止膨脹,空間也會回到宇宙爆炸最開始的“奇點”。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

在科普宇宙學大事件年曆中,這次重大轉向被稱為“大擠壓”,這種說法也是“宇宙終結”的眾多可能性之一。在“大擠壓”期間(儘管與預估的情況有所不同,但“大擠壓”的開始到結束仍可能需要數十億年的時間),恆星之間的距離將會縮短,這就意味著地球上的我們將能夠在這個絕無僅有的時機下探索地球以外的其他地方,以及宇宙中的地外生命——前提是如果地外生命存在的話。

目前為止,太空旅行的速度和距離都被光速所限制著,而恆星之間不斷擴張著的廣闊距離則意味著宇宙之中仍有諸多的星系是我們未曾見識過,也未曾探測到的。假設宇宙坍縮論是正確的,那麼隨著時間的推移,宇宙膨脹的速度也會越來越慢;宇宙中萬事萬物的距離都將會越來越近,這也意味著我們能夠更簡潔有效地進行探測或是與地外交流。

在未來,人類也許會不斷地發展最後成為星際種族,而在宇宙終將坍縮的命運轉折之下,也許只有在宇宙已經開始坍縮毀滅的時候,人類才能找到地外智慧生命存在的證明。這對於人類來說,的確是一個悲哀的事實。但在積極的方面來看,宇宙的坍縮或許能為人類有限生命中一些宏大的未知提供回答。宇宙坍縮也有可能被視為一種證據——即宇宙的大小其實是有限制的證據,同樣這可以被看作宇宙其實具有“邊緣”的證據。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

至少,倘若宇宙終將會向內坍縮,那麼宇宙中的確會存在著一個“終點”;

而在宇宙迴歸於這個“終點”時,它也將如同這世間的萬事萬物一樣,將迎來它的死亡和毀滅。除非你認同宇宙大爆炸理論,這個理論假設:宇宙實際上處於無止休的膨脹和坍縮迴圈之中……所以,如果宇宙開始向內坍縮,宇宙中的一切都不會隨之毀滅,因為它們將在宇宙新一輪的膨脹與坍縮中再次出現——而在新一輪宇宙迴圈中再次出現的人類只會對於上一次迴圈一無所知!不過毫無疑問的是,如果有一天宇宙確實開始坍縮,那麼地球上的生靈只能束手無策,因為無人可以阻止或者逆轉宇宙的程序——除非以某種方式完全遷移到另一個宇宙(當然這也要以多重宇宙的確存在為前提)。

真相是我們將會一直受困於此,等待我們的是宇宙收縮的到來。而未來發生的一切猶如疑雲密佈。最終,構成我們和我們日常生活的所有粒子都將被凝聚,回到最初的地方,這或許是為了迴圈和重啟,或許只是為了在奇點中度過永恆。宇宙一旦開始收縮,一切都將接踵而至。

宇宙(拉丁語:universus)由空間和時間的總和及其內涵組成,包括行星、恆星、星系以及其它所有形式的物質和能量。大爆炸理論是宇宙進化的主流宇宙學描述。根據這一理論,空間和時間在13。787±0。02億年前同時出現,此後宇宙便一直膨脹至今。雖然整個宇宙的空間大小是未知的,但是宇宙膨脹方程表明必然存在一個最小直徑,其值約為23萬億光年。宇宙目前的可觀測直徑約為930億光年。

最早的宇宙模型是由古希臘和印度哲學家提出的地心說,該假說將地球作為宇宙中心。幾個世紀後,哥白尼藉助更精確的天文觀測,形成了日心說模型,該模型以太陽作為太陽系中心。牛頓開發的萬有引力定律,正是建立在哥白尼的日心說、約翰內斯·開普勒的行星運動定律和第谷·布拉赫的觀測等前人研究成果的基礎上。

腦洞下!假如宇宙開始收縮,會如何?

隨著觀測技術的進一步提升,人們認識到太陽不過是銀河系中數千億顆恆星中的一顆,而銀河系也只是宇宙中數千億個星系中的一個。

星系中的許多恆星都伴有行星。

在大尺度上看,星系均勻地分佈在四面八方,這意味著宇宙無邊無際,也沒有中心。在較小的尺度上看,星系分佈在星系團和超星系團中,在空間中形成了巨大的絲狀體和空洞,創造出一個巨型的泡沫狀結構。20世紀早期的發現表明,過去宇宙存在一個開端,此後宇宙空間就一直在以遞增的速率膨脹。

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