暗能量主導(dǎo)下宇宙壽命或?qū)?20億年后終結(jié).doc

暗能量主導(dǎo)下宇宙壽命或?qū)?20億年后終結(jié)首發(fā):腦膜瘤據(jù)物理學家組織網(wǎng)站報道，根據(jù)現(xiàn)有的宇宙學觀測結(jié)果和理論，我們所能觀測到的“可見物質(zhì)”僅僅占據(jù)宇宙質(zhì)量的很小一部分，占據(jù)主導(dǎo)地位的是暗能量。暗能量的性質(zhì)對于了解宇宙未來命運至關(guān)重要，在某些條件下，它甚至將使宇宙在大約220億年后走向終結(jié)。暗能量這種神秘物質(zhì)在諸多讓人困惑的性質(zhì)之中，有一條是它們的密度似乎是不隨時間改變的。這就意味著，即便宇宙隨時間推移不斷膨脹，暗能量將不會隨之被稀釋。這一點和普通物質(zhì)存在重大的差異。也就是說，隨著宇宙膨脹，暗能量似乎會從真空中“無中生有”般不斷被“創(chuàng)造”出來，填補宇宙膨脹后留下的空擋并維持暗能量總體密度的不變。因此很明顯可以看到隨著時間推移，暗能量將在宇宙中占據(jù)更加主導(dǎo)的位置，而現(xiàn)在它已經(jīng)占據(jù)了全宇宙質(zhì)量的73%。對此的一種最簡單的解釋或許是認為暗能量其實是時空的一種固有屬性，因此當宇宙膨脹，時空增加，暗能量便同樣隨之產(chǎn)生出來，從而維持其密度不變。這還是可以接受的，因為我們必須認為暗能量這個名字是具有誤導(dǎo)性的，它并非是一種真正的“能量”，否則我們賴以為科學基石的熱力學三大定律就失效了。有一種最簡單的理論來解釋宇宙呈現(xiàn)的均勻膨脹，那就是假設(shè)暗能量具有負壓力，這其實也是膨脹的固有屬性。從實際觀測數(shù)據(jù)上來看，宇宙呈現(xiàn)明顯的平直性，這意味著暗能量的壓力和密度比約為1，或者更準確的說，是-1，因為這里討論的是負壓力。這種關(guān)系被稱為暗能量的狀態(tài)方程。對于宇宙的未來命運，一種簡單的解決方法就是假定暗能量的性質(zhì)將保持不變，并且其壓力/密度比同樣保持-1的水平。但是如果這個比值會出現(xiàn)變化呢？比如不再是-1了呢？如果出現(xiàn)這樣的變化，情況就會有很大的不同。如果暗能量的密度隨時間降低，宇宙的膨脹速率將出現(xiàn)下降，如果其壓力/密度比達到-1/3，那么宇宙的膨脹甚至會出現(xiàn)停滯。反過來，假如暗能量密度增長，隨之其壓力/密度比達到-1下方，如-2或-3，則會出現(xiàn)幽靈能量模型(phantom energy scenario)所描述的情形。不過這里要指出的是，幽靈能量的概念目前僅僅存在于理論推算中，是一種假設(shè)。但不管怎樣，我們就先假設(shè)隨著宇宙的膨脹，一切遵循幽靈能量模型進展，暗能量密度上升，那么它就有可能使宇宙尺度在有限的時間內(nèi)膨脹至無限大，物質(zhì)連接物，原子和分子等基本粒子，甚至亞原子粒子都將被撕裂，出現(xiàn)所謂的“大撕裂”(Big Rip)。當暗能量的壓力/密度比達到-1.5，這種情形將在短短220億年內(nèi)發(fā)生。物理學家弗蘭普頓(Frampton)等人提出了一種與此不同的替代方案，稱為“小撕裂模型”(Little Rip scenario)。在這一模型中，他們假設(shè)這種壓力/密度比將隨著時間變動，物質(zhì)的鏈接，基本粒子也同樣會被撕裂，但是其中的不同點在于他們限定這種比率的變動將不會導(dǎo)致宇宙尺度達到無限。這一模型支持循環(huán)宇宙模型，因為它可以解決熵的問題。在傳統(tǒng)的大爆炸-大反沖循環(huán)宇宙模型中會面臨一個熵的悖論問題。因為隨著所有物質(zhì)都在引力作用下相互結(jié)合，宇宙中將不再殘留自由能，那么最后你在大反沖的最終階段僅僅能得到一個巨型黑洞而已，循環(huán)缺乏動力。而“小撕裂模型”給了這一理論一條出路：