宇宙中最牛逼的存在,黑暗雙俠是什麼?100億年後,將撕碎宇宙?
暗物質和暗能量是當今物理學最大的兩個謎團。它們被稱爲黑暗雙俠。
誰要是能破解這兩個謎團之一,將是媲美牛頓和愛因斯坦的物理學家。
就目前來看,相對於暗物質,暗能量似乎更爲牛逼。因爲暗能量將是主宰宇宙最終命運的掌控者。
100億年後宇宙的命運到底是什麼?這完全取決於引力和斥力在博弈過程中,誰到底占主導地位。
如果萬有引力取勝,宇宙將再次坍縮到大爆炸之初的奇點。
如果萬有斥力取勝,宇宙在未來會演變成撕裂人體,撕碎原子,撕碎一切的大撕裂時代。
關於宇宙的最終結局,目前有很多說法,但是大部分說法並不太可靠。就目前的宇宙學觀點,宇宙的結局有四種可能,第一種就是撕裂一切的大撕裂時代,第二種就是宇宙中的一切物質又收縮到大爆炸之初的奇點上,稱爲大擠壓假說。
第三種就是宇宙熱寂,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的所有能量都轉化成熱能,所有物質溫度達到熱平衡,這時候的宇宙也就是熱寂。第四種就是大反彈假說,這是一種循環模型,認爲宇宙會在大爆炸和大擠壓過程中不斷地循環往復,所以宇宙除了膨脹就是收縮,一直在往復循環。
其實,未來宇宙到底是具體哪一種結局,完全取決於暗能量
我們現在知道在宇宙總質量和能量中,68.3%是暗能量,26.8%是暗物質,4.9%纔是我們看得見,摸得着的明物質。
在由明物質,暗物質和暗能量主導的宇宙中。其實又分爲兩大陣營。第一個陣營就是由明物質和暗物質主導的萬有引力。第二個陣營則是由暗能量主導的萬有斥力。
現在很多人經常會混淆暗物質和暗能量。其實本質來說它們完全不同。只不過這兩者都不參與電磁力,所以人類無法用任何探測器直接探測到它們的存在,黑暗雙俠的稱呼也由此而來。就目前來看,在四大基本作用力中,暗物質肯定是參與引力的,並且還有可能參與弱力。但是暗能量既參與引力,同時也表現出斥力。
關於暗能量的斥力作用,主要是由於暗能量,會表現成負壓影響來時空曲率,這種負壓並不會造成物質之間的排斥作用,但負壓會充斥着宇宙,製造出宇宙時空背景整體被吹漲的效應,所以導致空間本身加速膨脹,從宏觀層面上看,好像就是斥力作用。
其實關於萬有斥力流傳着這麼一個故事。有一天,一個物理老師在講課,講到牛頓的萬有引力時,並且說到宇宙中的一切物質都會相互吸引,這是宇宙中最普遍的規律。
然後在臺下就有一個學生髮問,既然宇宙萬物都有萬有引力,那會不會也有萬有斥力呢?
當然,這樣的發問在1998年之前看來是錯的,因爲當時物理學家在宇宙中沒有發現任何有斥力的現象。
之所以這個時間在1998年。是因爲在之前,天文學家雖然已經知道宇宙正在膨脹,但卻認爲這種膨脹,是由宇宙大爆炸餘威推動的,就好像是宇宙暴漲時期殘留下的慣性作用。同時又由於引力作用。所以這種膨脹就是一種減速膨脹。膨脹的速度越來越慢,直到宇宙最終停止膨脹 。
然而在1998年,天文學家捕獲到了1A型超新星爆發的光譜線,通過紅移量分析發現,宇宙居然正在加速膨脹。也就是說,距離地球越遠的星系,其退行速度越快。後來,越來越多的天文發現不斷證實這一點。所以現在的宇宙學已經公認了宇宙正在處於加速膨脹階段。
但是加速膨脹這種現象,明顯違背當時所有的物理學準則。因爲在當時看來,物理學中還沒有第五種力可以維持這種加速膨脹的存在。這種斥力的作用到底是由什麼引起的?
爲了解決這個問題,我們便設想了一種新的事物存在宇宙之中,這便是暗能量,它的性質就是推動空間加速膨脹,宏觀表現上就是斥力作用。由於宇宙加速膨脹是具有各向同性,也就是說,以地球爲觀測原點,整個遠處空間的都在加速膨脹。所以說暗能量是均勻分佈的。
暗能量還有一個十分奇怪的性質,那就是在超宏觀尺度下,會戰勝引力,但是在近宏觀尺度下,暗能量的作用會減弱。這就意味着,彼此距離在數千萬光年尺度以上的星系,主要是空間膨脹導致的斥力作用,所以它們之間的距離會越來越遠。
但是在數百萬光年尺度以內,暗能量會減弱,反而不如萬有引力。所以在像銀河系和仙女座星系這樣的距離尺度上,反而引力的作用會更大一些,所以銀河系和仙女座星系會越來越近,直到40多億年後相互碰撞。
爲什麼會這樣?我們還搞不清楚。
現在的問題是,暗能量到底是穩定的還是動態變化的?如果暗能量是穩定的,那麼,宇宙在數百萬光年尺度內的星系全都會碰撞,收縮在一起,數千萬光年以上尺度的星系反而會越來越遠離。
現在還有一種假說叫動態暗能量假說。也就是說,暗能量會隨着時間的推移變得越來越強。所以暗能量在近宏觀尺度以內,可能會慢慢戰勝引力。這種斥力效應的尺度會不斷的收縮,直到達到普朗克尺度。
如果按照動態暗能量假說,那麼宇宙未來將完全由萬有斥力主導,宇宙的結局將是大撕裂時代。在大撕裂時代中,在普朗克尺度以上的空間都會加速膨脹,所有天體,生命,原子,甚至是基本粒子,都會在暗能量作用下被撕裂。宇宙中將不存在任何形式的物質結構。宇宙將變成不斷膨脹的能量場。
所以宇宙的最終命運完全取決於暗能量會不會變化。因爲引力,它是恆定的,目前唯一的變量也就是暗能量。所以說暗能量纔是主宰宇宙命運的最終掌控者。