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宇宙的未来

根据推测的宇宙学模型,宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。

目前的宇宙是暗能量主导的。暗能量的性质,决定了宇宙未来的膨胀速度,也就决定了宇宙的未来。目前,描述暗能量的最简单、也与观测吻合最好的模型是宇宙学常数。如果暗能量是宇宙学常数,或者与宇宙学常数性质相近,那么宇宙存在一个大致不变的未来事件视界。几千亿年后,除了本星系群以外,其他星系将与宇宙的事件视界融为一体。这些星系发出的光,将由于事件视界的红移效应而变得极度暗淡,以至于无法观测到。也就是说,几千亿年内,人类可观测的星系将从数万亿个,锐减为几十个。

在更远一些的未来,黑洞持续吞噬物质,将成为除暗能量外,宇宙的第二大成分。而质子最终是否会衰变(目前尚未有实验支持),也会影响宇宙未来的组成。

宇宙更加“终极”的未来,则与暗能量的细节密切相关。对于宇宙学常数主导的宇宙,宇宙最终将会趋向于德西特空间(或包含一个黑洞的德西特-施瓦西空间):哈勃参数趋于不变,宇宙的未来具有一个面积趋于稳定的事件视界,宇宙内部与事件视界终将趋于热平衡。这个热平衡的温度极低,约10-30开。所以这样的宇宙命运称为大冻结。

如果暗能量使宇宙比宇宙学常数情况膨胀更慢,则宇宙最终不会出现热平衡状态,而是温度无限降低的大冻结状态(所以,宇宙学常数主导的宇宙是大冻结的边界情况)。

而如果暗能量使宇宙比宇宙学常数情况膨胀更快,则宇宙的事件视界随时间收缩。如果这样的收缩持续下去,宇宙将最终撕裂一切,包括星系、星球以及分子、原子。这样的宇宙命运称为大撕裂。

另外,取决于暗能量的性质,宇宙的未来也存在一些其他假说,例如真空衰变可能使部分宇宙,甚至整个宇宙被新的真空形成的“气泡”所吞没。“气泡”内,可能连物理规律都与现在的宇宙不同(见多重宇宙)。少数暗能量模型中,宇宙可能由膨胀转为收缩,最终物质的密度趋于无穷大(称为“大挤压”)。也有暗能量模型认为宇宙将重新进入与早期宇宙类似的状态(循环宇宙),等等。

暗能量的理论本质还是一个谜。观测上,宇宙学对暗能量的测量有约百分之一的误差。所以,就算暗能量的性质不发生突变,人类也只能预测数百倍于现在宇宙年龄的未来。所以,为了预知宇宙的命运,我们迫切需要进一步的实验观测,以及对暗能量理论性质的进一步研究。

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