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宇宙的结局:不是轻声呻吟,而是一声巨响

发布时间:2020-08-22 22:08:31 来源:未知 作者:-1
北京时间8月17日消息,在无法想象的遥远未来,黑矮星——冷却恒星的残骸——将开启一系列壮观的超新星爆炸,上演一场宇宙终极烟花秀。

艺术家笔下的黑矮星。黑矮星是冷却恒星的残骸,其形成需要数万亿年时间。

艺术家笔下的黑矮星。黑矮星是冷却恒星的残骸,其形成需要数万亿年时间。

新浪科技讯 北京时间8月17日消息,在无法想象的遥远未来,黑矮星——冷却恒星的残骸——将开启一系列壮观的超新星爆炸,上演一场宇宙终极烟花秀。这是一项最新研究的结论。该研究认为,在万物永远消失之前,宇宙将经历一次最后的狂欢。

天文学家长期以来一直在思索宇宙的最终结局。已知的物理学定律表明,从现在起大约10的100次方(即数字1后面挂100个零)年后,恒星诞生停止,星系变得一片漆黑,甚至连黑洞也将通过所谓的“霍金辐射”过程而蒸发,除了简单的亚原子粒子和能量之外,几乎不留下任何东西。空间膨胀让该能量冷却到零开尔文(也叫绝对零度),标志着宇宙的熵达到最大值,进入热寂状态。

但是,伊利诺伊州立大学的理论物理学家马特·卡普兰在今年春季教授一门天体物理课时,灵光一闪,忽然意识到有一组最后实体的命运从未被考虑过。在耗尽了热核燃料后,像太阳这类的低质量恒星不会爆炸成为超新星;相反它们的外层会慢慢脱落,留下一个滚烫的地球大小的核心,即白矮星。

“它们本质上好比刚从炉子上拿下来的一口锅,”卡普兰说,“它们会慢慢冷却,冷却再冷却,永远冷却下去。”

白矮星通过所谓的电子简并压力的力量来抵消引力坍缩。量子力学定律会阻止挤压在一起的电子占据相同的状态,从而使得电子互相排斥并维持残骸的质量。

白矮星中的粒子锁定在晶格中,该晶格可以在接下来的数万亿年内持续辐射热量,时间远超过当前宇宙的年龄。只不过,这些残骸最终会冷却,然后变成黑矮星。

黑矮星因为没有能量进行核反应,所以它们的内部几乎没有什么活动。聚变需要带电的原子核来克服强大的静电排斥以融合。但是,在漫长的时间里,量子力学会允许粒子穿越势垒,也就是说,尽管概率极低,但聚变仍可能发生。

当诸如硅和镍之类的原子向铁原子融合时,它们会产生正电子,即电子的反粒子。这些正电子会非常缓慢地破坏黑矮星中心的一些电子,削弱这些电子的简并压力。卡普兰在本月的皇家天文学会月报上发文写道,对于1.2倍到1.4倍太阳质量的恒星(占到目前宇宙中所有恒星的1%)而言,这种简并压力的削弱最终将导致灾难性的引力坍塌,从而引发类似于高质量恒星的巨大超新星爆发。

大规模的爆炸将发生于距今10的1100次方年之后。这是一个人类大脑所无法理解的一个数字。10的100次方已经让人难以理解,人们将10的100次方称为古戈尔。那么,10的1100次方年就是1古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔古戈尔年。并且,爆炸会一直持续到距今10的32000次方年之后。用古戈尔表示的话,它可以写满整整一页A4纸的古戈尔。

然而,希望目睹宇宙的这一幕最后华丽表演的时间旅行者可能要感到失望了。等大爆炸拉开序幕时,一种被称为暗能量的与重力相反的神秘物质会让宇宙中的一切无限分离,以至于每一颗黑矮星淹没在无垠的黑暗中,超新星之间更是无法彼此观测到。

事实上,届时可观测的宇宙半径将增大e的10^1100次方倍(其中“e”大约为2.72),这是一个比之前提到的任何数字都要大很多很多的数字。“这是我职业生涯中必须严肃对待的最大数字,”他说。

耶鲁大学的天体物理学家格雷戈里·劳格林称赞卡普兰的研究是一项非常有趣的思维实验。他说,思考这些难以想象的时间尺度的价值在于,它们可以让科学家探索在当前时代还没有足够时间来发生的物理过程。

不过,劳格林认为,必须强调的是,对遥远未来的任何研究本质上都只是嘴上说说而已。我们对遥远未来的看法只能反映我们当下的所知,而且明年的看法也会和今年的不同,后年再往后都会不同。

例如,一些统一的物理大理论认为,质子终会衰变。如此的话,卡普兰的黑矮星早在爆炸前就已经分解消失。还有一些宇宙学模型假设,宇宙会在一次大紧缩中坍塌,这个假设也排除了最后的烟花秀可能性。

即便如此,卡普兰本人依旧十分喜欢凝视遥远的未来。他说:“我觉得,我们人类对自身死亡的认知促使我们对宇宙的终点充满好奇。当出现问题时,你总可以安慰自己,一旦熵最大,什么都事儿都不是事儿。”(匀琳)

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