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留给宇宙膨胀的时间,只剩最后1亿年了?

留给宇宙膨胀的时间,只剩最后1亿年了?

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  宇宙自从诞生开始,已经膨胀了137亿年。从最开始的一个无穷小的奇点,膨胀到今天无比巨大的尺度。然而,有科学家预言,这场漫长的膨胀将在1亿年内完全结束,那时宇宙转而开始收缩。而造成这一点的,正是大名鼎鼎的暗能量……

  撰文 | 白德凡

  审校 | 王昱

  按照标准宇宙学的结论,我们的宇宙已经存在了约137亿年,在这漫长的岁月中,宇宙由最开始的一个无穷小的奇点,逐渐膨胀到今天无比浩大的尺度。今天的宇宙仍在继续膨胀,甚至还是加速膨胀,这让物理学家不得不引入暗能量解释这种异常的加速。对于暗能量的性质,我们知之甚少。而最近发表于《美国科学院院刊》(PNAS)的一项研究显示,暗能量的一种可能状态可能会让宇宙在不久后停止膨胀,并慢慢开始收缩。而这个可能的时间结点离我们其实没有想像中的那么远——6500万年后宇宙的膨胀将不再加速,而1亿年后宇宙的膨胀将彻底停止,并开始缓慢收缩。

  (如果你觉得这个时间还是太远了,可以对比一下:在地球上6500万年前恐龙才刚刚灭绝。)

  恼人的加速膨胀

  爱因斯坦在1915年创立广义相对论,让宇宙学真正成为了一门科学。爱因斯坦场方程蕴含了宇宙的起源和演化问题的答案。但方程中有个问题让物理学家感到困惑,它在宇宙学模型下无法给出一个静态的解,所描述的宇宙总是处在膨胀或收缩之中。受限于当时的宇宙观,爱因斯坦坚信宇宙应该处于一种永恒不变的静态之中,于是修改了方程,添加上带有“宇宙学常数”的一项,得到了静态宇宙解。

  然而后来的天文学观测出乎所有人的意料。在1929年,天文学家爱德温·哈勃(Edwin Hubble)观测到河外星系的红移现象,这意味着这些星系正在远离我们。而爱因斯坦场方程预言的宇宙膨胀正好可以解释这种现象。如此一来,方程没有静态解反而不成问题了,添加宇宙学常数实属画蛇添足。爱因斯坦后来撤回了对场方程的修改,并承认引入宇宙学常数是他犯过的最大的错误。

  然而问题并没有就此结束。既然我们的宇宙正在膨胀,那么随着宇宙变大,宇宙中物质的密度变小,相应的能量密度也会变小。这时根据爱因斯坦场方程的预言,宇宙膨胀应当逐渐减速。然而天文学观测再次出乎所有人的意料,1998年天文学家根据Ia超新星的观测数据计算宇宙膨胀速度,发现宇宙不是在减速膨胀,而是正在加速膨胀。

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