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无限宇宙到底是谁在“撑控”?曾经认为是引力却被实力打脸!

现代天文已经证明宇宙趋向于无限大,而宇宙未来的命运也确实有掌控者,而且它的不同阶段掌控者也完全不一样,但在未来宇宙将走向不可控!

能掌控宇宙未来的关键角色有两个,一个是引力,另一个则是斥力!前者能使物质聚合在一起,后者却能让它们分崩离析!那么这两个关键角色将以如何的方式粉墨登场呢?且看下文简析!

爱因斯坦的宇宙常数和弗里德曼-勒梅特度规

1916年广义相对论发表以后,爱因斯坦从他的引力场方程求解出来的宇宙总是不稳定,为解释物质密度不为零的静态宇宙,他在引力场方程中加入了一个与度规张量成比项Λ

1922年,苏联物理学家假设宇宙物质的各项同性,大大简化了广义相对论,得以用简单的方式求出了宇宙几种可能的形状!

当空间曲率不同时宇宙将具有不同的形状,如下图:

当爱因斯坦的宇宙常数Λ和配合不同空间曲率时,宇宙的未来将会出现出现多种变化,但再多的变化都逃不出一个规律,即大部分条件下宇宙是趋向膨胀的!

这么多发展的可能,我们怎么会知道宇宙的未来是要选择哪个呢?下面我们就要来罗列一系列的观测事实,然后再来看看宇宙到底会发展成什么样子,以下情节跌宕起伏,请先抓好扶手:

  • 目标:以临界密度的与物质密度来对比确定宇宙的发展方向

  • 论据:当物质太零散时,引力将再也无法聚集起物质。

根据2013年普朗克卫星观测到的宇宙各向同性(千分之六的精度上),推算出了宇宙的临界密度,根据临界密度与实际密度的比值,宇宙的形状有三种,与弗里德曼度规中的宇宙形状是一致的,但我们怎么来确定空间曲率呢?(空间曲率将确定临界密度与实际密度的比值)

这难不倒天文学家,他们选择宇宙微波背景辐射的基点,测量出了跨越半个可观测宇宙的曲率,发现无限趋向于平坦,如果不是宇宙是平坦的话,也将表示宇宙将无限大!

这个含义是:临界密度/实际密度≈1,空间曲率≈0,宇宙会在当前模式下无限扩张

宇宙只是无限扩张吗?

未必,2011年的诺贝尔物理奖授予了三位天文学家,以表彰他们在1998年用Ia型超新星的红移值发现宇宙正在加速膨胀的事实!

从宇宙正在加速膨胀这一事实表明,早期宇宙的主导者仍然是引力,但随着宇宙的膨胀,星系间的距离越来越远,一种导致空间膨胀的暗能量逐渐占据了主导,这个转变大约发生在45亿年前,简单的理解就是宇宙在45亿年前就已经开始加速膨胀,大约是太阳系刚诞生的时刻,请问此时您有和感想?

掌控宇宙未来的暗能量!

暗能量的概念是在发现宇宙加速膨胀以后被提出来背锅的,当然及时修改模型止损这是非常科学的选择,根据最新的观测与计算,宇宙中的物质质量分布为:

我们当前观测到的所有的对象都是由这4.9%的物质发出的,因为暗物质和暗能量现在还两眼一抹黑,根本就不知道这些玩意儿说的是什么,只是从观测中计算出这些物质的比例,仍然有待未来去发现!

对于这样的结果我们并不能表示什么异议,甚至宇宙通知到各个文明的方式还那么隐晦,假如我们没有仔细去观测遥远星系Ia型超新星的红移,也许将会在很久以后才会发现。

从这个认识过程中,我们能发现早期宇宙主导的是引力,现代宇宙主导的是暗能量,尽管恒星与星系甚至星系团都在引力的掌控之下,但更大的尺度上就是暗能量的天下。宇宙未来的发展可能是热寂和大撕裂两种,我们不知道到底是哪种,但这其实和咱无关!

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