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(xué)家組織網(wǎng)站報(bào)道，根據(jù)現(xiàn)有的宇宙學(xué)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(duì)于了解宇宙未來命運(yùn)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(shí)間改變的。這就意味著，即便宇宙隨時(shí)間推移不斷膨脹，暗能量將不會(huì)隨之被稀釋。這一點(diǎn)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(huì)從真空中“無中生有”般不斷被“創(chuàng)造”出來，填補(bǔ)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(shí)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(duì)此的一種最簡單的解釋或許是認(rèn)為暗能量其實(shí)是時(shí)空的一種固有屬性，因此當(dāng)宇宙膨脹，時(shí)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?yàn)槲覀儽仨氄J(rèn)為暗能量這個(gè)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(xué)基石的熱力學(xué)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(fù)壓力，這其實(shí)也是膨脹的固有屬性。從實(shí)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(zhǔn)確的說，是-1，因?yàn)檫@里討論的是負(fù)壓力。這種關(guān)系被稱為暗能量的狀態(tài)方程。對(duì)于宇宙的未來命運(yùn)，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(gè)比值會(huì)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(huì)有很大的不同。如果暗能量的密度隨時(shí)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(dá)到-1/3，那么宇宙的膨脹甚至?xí)霈F(xiàn)停滯。反過來，假如暗能量密度增長，隨之其壓力/密度比達(dá)到-1下方，如-2或-3，則會(huì)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(jìn)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(shí)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(dāng)暗能量的壓力/密度比達(dá)到-1.5，這種情形將在短短220億年內(nèi)發(fā)生。物理學(xué)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(shí)間變動(dòng)，物質(zhì)的鏈接，基本粒子也同樣會(huì)被撕裂，但是其中的不同點(diǎn)在于他們限定這種比率的變動(dòng)將不會(huì)導(dǎo)致宇宙尺度達(dá)到無限。這一模型支持循環(huán)宇宙模型，因?yàn)樗梢越鉀Q熵的問題。在傳統(tǒng)的大爆炸-大反沖循環(huán)宇宙模型中會(huì)面臨一個(gè)熵的悖論問題。因?yàn)殡S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(gè)巨型黑洞而已，循環(huán)缺乏動(dòng)力。而“小撕裂模型”給了這一理論一條出路：