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第十七章 迟来的科普 宇宙大撕裂假说

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  宇宙大撕裂:
  “宇宙大撕裂”理论由美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特·卡德威尔于2003年提出。这是一个描述宇宙终结的理论,宇宙中的万物,大到恒星、星系,小到原子、夸克,都会在将来某一时间被暗能量驱动的宇宙膨胀扯碎。
  理论提出的背景:
  宇宙大撕裂理论是以暗能量广泛存于宇宙为基础的。
  1998年是具有颠覆性的一年:在这之前,人类认为宇宙膨胀的速度越来越慢;而在这一年,劳伦斯伯克利国家实验室天体物理学家索尔·珀尔马特通过观测Ia型超新星,发现宇宙在加速膨胀,震动了宇宙学理论的基础。
  早在上世纪20年代,美国天文学家爱德文·哈勃就发现几乎所有星系(仙女座大星系Andromeda除外)的光谱线都向更长的波长移动。
  用多普勒效应来描述则更为清晰:一个光源如果正远离我们,我们观测到的波长就会比它发出的波长更长,这就是“红移”。
  所以,星系离我们越来越远。哈勃发现,星系离我们越远,退行速度就越快,且和距离成正比,即
  cz=v=H0d
  这便是著名的哈勃定律。
  其中,c是光速,z是红移,v是速度,d是距离,H0是哈勃常数。
  超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮,在此过程中所突发的电磁辐射通常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。
  在这段期间内,一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中的总辐射能量相媲美。
  由于Ia型超新星的亮度比较恒定,通过观测它的“红移”,就能知道自它爆炸以来宇宙膨胀了多少。
  观测不同的超新星,可以得到不同年代的宇宙膨胀数据。索尔·珀尔马特发现,当红移z小于0.1的时候,哈勃定律成立;而在Ia型超新星的红移z约等于1的情形下,红移、速度、距离之间的线性关系就不成立,实际距离大于哈勃定律里红移所对应的距离,说明超新星以越来越快的速度远离我们,这就是宇宙在加速膨胀的证据。
  科学家根据观测数据,推测宇宙在大约137.5亿年前从一场“大爆炸”中诞生,曾一度在极端炙热和异常致密的状态中剧烈膨胀。
  随着宇宙的冷却,膨胀速度也逐渐变慢。从上图可以看出,约60亿年前(根据钱德拉X射线望远镜的最新观测结果),宇宙中的物质又开始以更快的速度相互远离——是什么神秘的力量控制着宇宙的膨胀速度?
  我们知道,物质之间的引力只会让它们靠得更近,一定存在某种“斥力”使宇宙的膨胀摆脱了引力的束缚,从而加快了速度。
  因此,宇宙学家提出了暗能量假说。根据NASA的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的“5年数据发布”,宇宙中的暗能量占74%,暗物质占22%,剩下的4%才是我们能观测到的“物质”。
  震惊!这是能让我们认识到自身渺小的最有力数据。原来我们所知道的“物质”并不重要(写完这句话后,发现用英文来表达更有趣:Matterdoesn’tmatter!),而那黑暗的96%才是宇宙的“主要成分”!
  因此,美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特·卡德威尔提出了“宇宙大撕裂”理论。
  理论本身:
  这是一个描述宇宙终结的理论,宇宙中的万物,大到恒星、星系,小到原子、夸克,都会在将来某一时间被暗能量驱动的宇宙膨胀扯碎。
  这个理论的关键值是状态方程参数ω,即暗能量压强和暗能量密度之比。当ω<1,整个宇宙就会上演一场惨壮的大撕裂,所有的距离都变得无穷大。理论提出者罗伯特·卡德威尔计算出从现在到宇宙终结所需要的时间[3]:
  其中,ω是状态方程参数,H0是哈勃常数,Ωm是宇宙中所有物质的密度的现值。
  在罗伯特·卡德威尔的例子里,ω=−1.5,H0=70km/s/Mpc,Ωm=0.3,“宇宙末日”将在220亿年后到来。
  其实,这并不是进行预测,而是给出了一个计算方法。
  罗伯特·卡德威尔根据实证数据,得知我们宇宙中的ω接近于-1。
  (1+ω)越接近0,分母就越接近0,大撕裂就离我们越遥远。如果ω真的等于-1,无论Ωm和H0的值为多少,大撕裂都不可能发生。
  当ω=−1.5,罗伯特·卡德威尔测算出银河系等其他独立星系将在宇宙末日前的6千万年分崩离析;末日前的三个月,太阳系等类似星系将冲破引力的束缚;在最后一分钟,恒星和行星都将土崩瓦解;在宇宙终结的最后一瞬间,所有的原子都扯为碎片。
  在“宇宙大撕裂”理论方面,中国科研人员也在不断研究。
  中国科研人员的论文《DarkenergyandfateoftheUniverse》[1]在暗能量理论和大撕裂理论的基础上,用现在的观测数据做了模拟,得出在95.4%的置信区间下,宇宙从现在到大撕裂需经历的时间是167亿年(下限);最佳拟合的时间是1035亿年(上限)
  根据中国科研人员的预测,末日前2个月地球被迫挣脱太阳的引力,太阳在末日前28分钟毁灭,末日前16分钟地球爆炸。
  其他相关介绍:
  打个比方,我们可以用一个吹起的气球来比喻宇宙膨胀。
  当这个气球变得越来越大,就代表宇宙在加速膨胀,气球上的一个个星系也在加速远离。
  一般的膨胀,各个星系都会保持相同的排列;但如果是“超级加速膨胀”,单个星系也会本身也会发生膨胀。如果你用很快的速度、很大的力气吹起气球,“砰”的一声,气球爆炸了,这就是“[3]”。
  有一些宇宙学家认为,暗能量密度可能会随空间增大而增大(暗能量被大部分人认为是恒定不变的,后来有人假设暗能量可能会变化)。
  他们把这种暗能量称为“幻能”。
  在这种情况下,我们将会看到宇宙的一种极为惨烈的结局——大撕裂。
  在这种情景中,宇宙将越来越受到暗能量的控制,并且膨胀的加速度将会越来越大。
  当出现这样的情景时,与大凄凉类似,任何留在地球上的观测者看到的星系将越来越少。
  随后,幻能将把被万有引力束缚在一起的天体剥离开来,宇宙中任何靠万有引力支撑的东西都将发生分裂,所有物质都将被撕碎。由于幻能不断增加,在宇宙终结前大约1年,它将把我们的地球扯离开太阳系。在宇宙终结之前1小时,幻能将撕碎地球。
  这就是宇宙大撕裂。不过,你现在还完全不必因此感到烦恼。据有关宇宙学家说,“大撕裂将来即使真的发生,也不会早于550亿年以后”。有的计算表明:大撕裂如果可能发生,它将发生在900亿年以后。
  宇宙大撕裂究竟究竟会不会发生,以及什么时候发生,在宇宙学家中间还存在着激烈的争论。因为“假象能量”暗能量现在还未充分的证据证明存在.现在他们正在对暗能量做深入的理论研究和观测测量,以确定它的密度究竟是在减小,还是保持不变,或者在不断增大。还或许像某些专家认为的那样,暗能量是可形式转换的。
  参考资料:
  [1]RobertR.Caldwell,Kamionkowski,MarcandWeinberg,NevinN..PhantomEnergyandCosmicDoomsday.PhysicalReviewLetters91(7):071301,2003年
  [2]LIXiaoDong,WANGShuang,HUANGQingGuo,ZHANGXin,LIMiao.DarkenergyandfateoftheUniverse.ScienceChina—Physics,Mechanics&Astronomy,2012年7月
  [3]宇宙的未来——走近“大撕裂”.新浪[引用日期2012-11-27]
  [4]大撕裂.百度百科[引用日期2012-07-31]
  宇宙大撕裂理论:
  宇宙大撕裂理论是由中国物理学家提出的,其主要观点是暗能量将在167亿年后撕碎宇宙,地球将从太阳系剥离,最终发生宇宙爆炸。.
  中文名:宇宙大撕裂理论
  外文名:Thebigrip
  提出者:中国物理学家
  提出时间:2012年7月
  简介:
  宇宙大撕裂(Thebigrip)是中国科技大学、中科院理论物理研究所、西北大学和北京大学的科学家们于2012年7月提出的一种宇宙科学理论。
  该理论认为暗能量最终将摧毁宇宙,并预言167亿年之后,在宇宙终结之前,月球与地球将从太阳剥离,在宇宙时间终止前28分钟太阳将被摧毁,时间终止前16分钟地球将爆炸,被称为宇宙的末日预言。
  主要观点:
  宇宙大撕裂理论是依据中国理论物理学家探索的一种潜在“暗能量”理论提出的,该理论指出神秘的暗能量遍及宇宙各个区域。
  学术研究将计算推测“未来”的一种可能性,由暗能量引发的世界末日。
  “宇宙大撕裂”理论认为,暗能量将摧毁宇宙每个区域,在宇宙终结之前的3290万年前银河系将产生引力崩溃。
  令人感到欣慰的消息是,世界末日在遥远的167亿年之后才会出现,人们不必为此担忧。
  暗能量被认为占据当前宇宙70%成份,这项最新研究预测了未来银河系将遭遇的终结命运。
  在“宇宙大撕裂”理论中,如果暗能量的压力和密度比值低于-1,它们将在有限时间内无限地扩张增长,同时暗能量可以排斥引力作用,这将对宇宙形成负面影响。
  参考资料:
  [1]神秘的地球:167亿年后暗能量将撕裂宇宙2012年7月26日[引用日期2012-07-26]
  [2]腾讯科技:167亿年后暗能量或驱动“宇宙大撕裂”2012年07月25日[引用日期2012-07-26]
  
  
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