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几乎没有什么问题能够让咱们在晚上考虑整个世界的终究命运。这些恒星将会焚烧殆尽,被新的恒星所替代,而新的恒星自身也会焚烧殆尽,直到世界耗尽燃料停止。星系将兼并在一起并喷发物质,而捆绑星系、星系群和星系团之间的空间将永久扩展。暗能量使这种扩张不仅是无情的,并且是加快的。这便是必定的结局吗?

“大撕裂”会不会导致另一个“大爆炸”?当世界胀大到足以将原子撕裂然后是夸克撕裂。在这一点上,世界会发明一个夸克胶子汤吗?

没有什么比世界的命运更危如累卵了。

悠远的星系正在加快远离咱们。终究,咱们将不再从他们那里接纳到来自某一点以外的光。但暗能量的价值并不需要像许多人所说的那样完美地微调。它能够是一个常数,也能够以多种办法改变。

当你在世界中随意调查一个悠远的星系时,你会发现它的光的色彩比你从咱们星系内的恒星看到的光更红的或许性十分大。追溯到20世纪20年代,科学家们留意到了一种普遍存在的联系:一个星系离你越远,均匀来说,光变得越红。在广义相对论的布景下,人们很快了解到,这很或许是由于空间自身的结构跟着时刻的推移而扩展。

1929年对哈勃世界胀大的开始观测,随后是更详细的,但也不确认的观测。右,罗伯特·P·克尔什纳;左,埃德温·哈勃

那么,下一步便是精确地量化世界扩张的速度,以及这种扩张跟着时刻的推移是怎么改变的。从理论的视点来看,这之所以如此重要,是由于世界的胀大前史决议了其间的内容。假如你想知道你的世界,在最大的标准上,是由什么组成的,丈量世界是怎么在整个世界时刻中扩展的,这是一个抵达那里的必经之路。

假如你的世界充满了物质,你会发现胀大速率会跟着体积的添加而下降,这与物质稀释的程度成正比。假如它充满了辐射,你会发现它的速率下降得更快,由于辐射自身会红移,失掉额定的能量。具有空间曲率、世界弦或空间自身固有的能量的世界,将依据全部不同的能量成分的比率而演化。

一个显着的胀大速率(y轴)与间隔(x轴)的图与曩昔的世界胀大速度是共同的,可是在今日悠远的星系在阑珊中正在加快。这是哈勃原著的现代版别,比哈勃原著延伸了数千倍。请留意,这些点不是一条直线,标明扩展速率随时刻的改变。

依据咱们所能进行的一整套丈量,包括变星,星系的不同类型和性质,以及Ia型超新星,以及世界微波布景和星系调集和相关,咱们现已能够精确地确认世界是由什么组成的。详细而言,它包括:

68%的暗能量。27%的暗物质。4.9%的正常物质。0.09%的中微子。0.01%的辐射。每个数字上都只需几个百分点的不确认性。

世界的预期命运(前三幅图)都对应于物质和能量对立初始胀大速率的世界。在咱们调查到的世界中,世界加快是由某种类型的暗能量引起的,到目前停止,这种暗能量是无法解说的。全部这些世界都受弗里德曼方程的分配,这些方程将世界的胀大与世界中存在的各种类型的物质和能量联系起来。

咱们的世界被暗能量所分配是特别风趣的,由于这是世界中不用存在的组成部分,更不用说分配了。可是,在大爆炸138亿年后的今日,咱们生活在一个由暗能量操控着世界胀大的世界中。

围绕着暗能量有许多问题,包括它的实质是什么,是什么构成的原因,以及它是稳定的仍是会跟着时刻的推移而进化。这儿还有一点摇晃的空间,可是全部的调查成果都是共同的,它是一个世界学常数。换句话说,它看起来就像是一种新的能量方法,是空间自身所固有的。跟着世界的胀大,它发明了新的空间,全部的空间都包括相同的、均匀的暗能量。

虽然物质、辐射和暗能量的能量密度是众所周知的,但在暗能量的状况方程中依然有很大的摇摆空间。它或许是一个常数,但跟着时刻的推移,它的强度也或许添加或削减。

从理论的视点来看,有许多已知的办法能够生成一个世界常数,因而只需数据与之共同,解说就很或许会持续被人们所承受。可是没有理由以为暗能量不会比这更杂乱。

它或许会跟着时刻的推移而变得淡薄,密度越来越小,虽然是细微的。它或许是在悠远的未来反转痕迹的东西,导致世界在一个大缩短中的再一次消失。也或许是跟着时刻的推移而变得更强的东西,跟着时刻的推移,世界以越来越快的速度扩展。这是终究一种或许导致大撕裂的状况。

暗能量能够不同的办法进化到未来。坚持不变或添加强度(变成大撕裂)或许会使世界康复生机,而暗能量削减或许会导致大坍缩。

当咱们议论世界中能量的任何组成部分时,咱们议论的是它的状况方程,它描绘了它是怎么随时刻在世界中演化的。天体物理学家为此指定参数w,其间w=0标明物质,w=1/3标明辐射,w=-1标明世界常数。

暗能量好像有w=-1,但那里有一些回旋的空间。例如,一个协作安排的新论文发布了关于暗能量状况方程的新捆绑。虽然它好像与w=-1十分共同,但也有一些痕迹标明,它或许比这略微小一点。假如成果是w<-1而不是等于它,那么大撕裂是不可避免的。

世界的预期命运是一种永久的加快胀大,对应于w(在y轴上)=-1。假如w>-1,正如一些数据所支撑的那样,咱们的命运将会是一次大撕裂。

假如大撕裂是真的,那么世界不仅在胀大(这与暗能量无关),并且跟着时刻的推移,远处的物体好像会以越来越快的速度离咱们越来越远(这是由于暗能量而发作的),可是,通过任何根本力衔接在一起的物体终究将被不断增强的暗能量撕裂。

在未来的数十亿年里,咱们在本星系群中将看到本星系群外围的恒星被抛入太空,由于它们将不再受咱们悠远未来星系的引力的捆绑。跟着时刻的推移,越来越多的恒星将向外投掷,终究消除咱们所知的星系结构,并将咱们变成一个由数十亿颗未绑定的恒星和恒星尸身组成的调集。

跟着时刻的推移,跟着暗能量的不断增强,行星将被从它们的恒星系中喷发出来,乃至行星自身也将被撕裂。在终究时刻,被原子力和分子力调集在一起的物体将被撕裂,电子将被从原子中剥离,原子核将被割裂,乃至夸克自身也将互相别离。假如有什么东西是由夸克组成的,它们也会被扯开。

假如大撕裂是正确的,那么世界中的全部都将削减到它的最根本的组成部分,类似于某种古怪的平行于大爆炸的开始阶段。

前期世界的夸克胶子等离子体将十分类似于在大撕裂的终究时刻发作的夸克胶子等离子体。虽然咱们常常把夸克、胶子和电子等粒子标明为三维球体,但咱们所做过的最好的丈量标明,它们与点粒子是无法区别的。

可是这是一个十分不同的夸克胶子等离子体,不同于大爆炸开始时的夸克胶子等离子体。首要,大爆炸的特征是热和密布的状况,但大撕裂将是一个十分冷和稀少的状况。另一方面,大爆炸的特点是世界中的全部物质和能量都被压缩成一个很小的空间,但在大撕裂中,它将散布在数万亿光年中。再者,大爆炸代表着一个适当低的熵的状况,可是大撕裂的熵将比大爆炸时的熵大10^35倍。

可是,仍是有期望的。

暗能量,假如它导致大撕裂,能够循环世界。假如暗能量添加强度,这真的是空间结构自身固有的能量,能够彻底类似于咱们世界前史上的前期阶段,在那里空间以令人难以置信的速度胀大:世界胀大。胀大从世界中移除了全部从前存在的物质和能量,只留下了空间自身的结构。通过一段时刻的胀大后,这种能量以某种办法转化为粒子、反粒子和辐射,并导致了热大爆炸。这个场景现已被探究过了,它被称为“复兴的世界”。

在胀大期间发作的量子涨落在世界中被拉伸,当胀大结束时,它们变成密度涨落。跟着时刻的推移,这导致了今日世界中的大标准结构,以及CMB中调查到的温度动摇。

假如大撕裂是真的,它应该简略地撕裂全部的物质,导致一个十分空的世界。假如咱们把这个能量揣度到能够幻想的最高能量,空间自身就会被撕裂,这便是为什么它被称为“大撕裂”(Big Rip)。但或许有一个分界线,或许还有另一个改变。假如这是咱们的世界正在走向的方向,那么大撕裂或许不是终究发作的工作;相反,它或许是一个全新的世界诞生的序幕。

或许现实便是这样:全部这全部都从前发作过,并且还会再次发作。

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