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宇宙不是在膨胀吗,那会不会因为某种原因收缩回去?

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online_member 发表于 2019-5-15 21:39:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙不是在膨胀吗,那会不会因为某种原因收缩回去?
作者:一点资讯
41_avatar_middle
online_member 发表于 2019-5-15 21:40:24 | 显示全部楼层
题主问了一个好问题,因为它曾经是天文学领域里几个最重大的基本问题之一,也是许多天文学家花费毕生精力都想弄清楚的问题。
*********
试想一下你朝天上扔一块石头,虽然一开始石头是在不断向上飞的(可以理解为地球-石头系统在膨胀),但在引力作用下,石头最终还是会掉头向下(系统重新收缩)并落到地面上。
你扔石头的速度越快,石头在掉头向下之前就可以飞得越高。在忽略空气阻力的情况下,如果石头的初始速度超过了第二宇宙速度,那么它就永远不会掉下来了,而是不断升高,或者说,地球-石头系统就会永远膨胀,虽然它会膨胀得越来越慢(石头在地球引力作用下会不断减速),但永远不会停止。


在扔石头的模型中,地球的质量和引力是已知的,我们在计算的时候主要考虑的是需要以多块的速度扔石头。而在宇宙模型中则正好相反:宇宙膨胀的速度是已知的(通过测量遥远天体的红移得到),但我们并不知道宇宙的质量是多少。
如果宇宙质量很大,那么引力提供的减速作用就足够强,会导致宇宙最终停止膨胀,重新收缩。对于宇宙的这种结局,天文学家称为“大挤压”:星系和恒星越来越靠近,宇宙的温度也会越来越高,最后所有物质会重新收缩到一个奇点,我们将毁于无形。
如果宇宙质量不够大,那么宇宙就会永远膨胀下去,天体间的距离越来越远,直到再也互相看不见。同时,宇宙温度越来越低,能量分布越来越均匀,熵越来越高。最终的结果,宇宙中再也没有能量差异和能量流动,整个宇宙跟死了一样,不会有任何现象发生,宇宙的这种结局被称为“热寂”。
总之,在20世纪末之前,天文学家能够想到的宇宙的结局就是上面这两种:无论如何,因为引力的作用,宇宙的膨胀都会越来越慢,唯一不确定的是膨胀究竟会不会最终停止并反转。
*********
既然这个问题引起了天文学家的好奇心,那么他们就开始着手研究了。
在比较早的时候,天文学家曾经以为宇宙中绝大部分质量都集中在恒星里,而恒星的质量可以通过其光度(光度可以理解为实际的亮度)计算出来,而光度又可以通过亮度(天体的亮度是指它在地球上看起来的亮度)和距离来计算,因此天文学家会通过测量星系的总亮度来推算星系的质量,并进一步估算宇宙的总质量。
通过这种光学方法估算的宇宙总质量,远远低于刚好能把宇宙膨胀拉停的质量(临界质量),因此这时期天文学家认为宇宙膨胀永远不会停止,宇宙的最终命运是热寂。


后来天文学家通过研究星系自转速度的异常等现象发现了暗物质,并了解到暗物质的质量比所有可见物质的质量要高出好几倍,宇宙结局的问题又被重新重视起来了:可见物质加上暗物质的质量,非常非常接近让宇宙停止膨胀的临界质量,对测量误差的取舍都会改变最终结论。
那么宇宙到底是会停止膨胀并最终发生大挤压呢?还是会热寂?天文学家觉得需要更精确的测量手段才能解决这个问题。
*********
再后来,有人有了新的思路。
既然我们无法通过观测可见物质的数量和暗物质的多少来精确获知宇宙的总质量,那么我们是否可以通过测量这些质量造成的引力效应来精确测定它们呢?
具体方法是:通过测量宇宙过去的膨胀速度,并与现在的膨胀速度对比,就可以计算出宇宙膨胀的加速度,从而得到引力的大小。
宇宙过去的膨胀速度?这要怎么测呢?我们又不能穿越到过去……
其实不难。现代望远镜技术的强大,足以让我们看到几亿光年、几十亿光年甚至一百多亿光年远的星系,并且,我们看到的正是它们几亿年前、几十亿年或者一百多亿年前的情景。
这就意味着,如果我们观察一百亿光年远的星系远离我们的速度,再对比一亿光年远星系远离我们的速度,就可以算出这99亿年间宇宙膨胀速度的变化。


天文学家信心满满,他们认为很快就可以知道宇宙从早期到现在,膨胀速度究竟降低了多少……
1998年,测量的结果出来了。
然后,天文学家们的眼镜碎了一地。
他们发现,早期宇宙的膨胀速度,居然还没有现在快。
宇宙竟然在加速膨胀!!!
……


直到今天,全世界天文学家、物理学家都无法解释这个现象,他们认为必定存在某种未知的能量,在推动宇宙加速膨胀。
这种能量,现在被称为“暗能量”。
发现宇宙加速膨胀的两个团队,获得2011年诺贝尔物理学奖。


如果宇宙膨胀一直这么加速下去,那么宇宙的最终命运将是“大撕裂”。
所有天体都会解体。
不仅天体,所有的物质,包括原子,甚至质子、中子都会解体。
宇宙不仅会热寂,没有事件发生,也不会有物体存在。
和大挤压的奇点异曲同工:一切皆毁于无形。
=========
补充一种非主流理论:
有一种理论认为,宇宙是振荡的,像弹簧一样,一段时间膨胀,一段时间收缩,用图形来表示的话,就是一个正弦波。而我们目前正好处于一个膨胀周期内的加速阶段。
这个理论看起来很美,宇宙也不用毁灭了,也不需要解释为什么会发生大爆炸了。
但这个理论目前没有得到任何证据支持。
online_member 发表于 2019-5-15 21:41:24 | 显示全部楼层
我记得刘电工有篇短篇小说,说的就是这个。
你以为宇宙收缩只是星体间的距离变短,并且这个时间尺度会长到你可以忽略不计。
可是不是这样的,宇宙收缩代表了空间在收缩,空间收缩代表着时间也会收缩,也就是时间倒流。。。
最关键的是那时的人们不会觉得这有什么问题,就仿佛现在人们觉得人出生到老死是天经地义的事,他们会觉得人从坟墓里爬出来,从衰老变年轻,最后缩回子宫里是天经地义的事。。。


大概就是这样吧,具体记不太清了,连小说名字都记不太清了,唯一的印象就是太短。。。
ico_lz  楼主| 发表于 2019-5-15 21:41:59 | 显示全部楼层
对于宇宙的认识,人类目前的认识仅仅停留在:宇宙正处于加速膨胀中。唯一有点靠谱的理论就是宇宙大爆炸理论,但其实很有限(受限于时空尺度)。

至于为什么膨胀我们根本不清楚(虽然有很多理论试图解释),于是提了个“暗能量”的假设,很玄很中二。当然为了解释一些星系的自旋速度异常,人类用了同样的手段——提出“暗物质”假设。总之,我们对目前宇宙的状态理解大多都是假设而已,对于宇宙的奥秘,我们人类像个文盲一样,不过可喜的是,我们知道自己无知。
至于宇宙会不会收缩回去,人类目前根本无法回答——我们根本就没有理解宇宙的本质。有一派学者认为宇宙可能是一个振荡系统——像弹簧振荡一样,在膨胀、收缩、膨胀、收缩......中循环往复。不过这种想法所形成的“大反弹理论”争议极大,也只能说是对目前有限的观测的简单解释。

至于用极限思维去假设某些因素改变,宇宙会收缩回去,其实也是很傻的事儿,因为我们根本没有理解宇宙的本质——那些因素(比如暗物质、暗能量)真的存在?改变了真的会有效?宇宙的模型真的是我们现在理解的那样?
最后再说一点,基于现在的理论(主流),时间与空间(可能)是一体的,如果空间收缩那么也就意味着时间倒流,时间倒流意味着啥?——你和我肯定是完蛋了。
宇宙不是在膨胀吗,那会不会因为某种原因收缩回去?29 / 作者:bgby789 / 帖子ID:46112,189433
online_member 发表于 2019-5-15 21:42:32 | 显示全部楼层
作为一个脑洞幻想者,写一点小猜想。
我觉得,讨论这个问题,不能脱离一个前提假设,即是否存在“宇宙以外”。
如果不存在“宇宙以外”,也即“宇宙以外”是虚空,那么宇宙会继续扩张。从这个角度来说,宇宙应该不是再膨胀,而应该是被稀释。
从大爆炸之后,不断向四周延伸,空间从紧凑变得松散,再到稀薄,再到近乎真空。宇宙在稀释的过程中越来越稀薄,最后无限接近于真空或者虚无。此时宇宙与“宇宙以外”成为同样的状态,相当于宇宙消失了。
如果存在“宇宙以外”,那么“宇宙以外”与宇宙成了两个对立的系统,彼此间保持着作用力的平衡,当宇宙扩散到与“宇宙以外”作用力平衡的极限时,“宇宙以外”开始把力量反弹给宇宙,开始挤压宇宙。同样,宇宙被挤压到极限时,又开始扩散延伸。这样的拉伸和挤压可以持续多久,取决于宇宙与“宇宙以外”之间力量平衡耐力,就相当于一根弹簧或者皮筋的寿命极限。如果二者达到极限,平衡力瓦解,二者混为一体,有可能走向上述第一种最终成为真空或者虚无的状态。
贻笑大方了。


再延伸一点:
我觉得,是不是可以从另一个非物理的角度来看待,宇宙是除了是一个莫可名状的存在,还是一个平台或者载体,所有天文现象都是这个平台或者载体上的一个事件,所有天文现象的事件总量就是宇宙的流量。把宇宙看成类似互联网一样的存在,提供星际事件交互的载体或者平台。
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