爆炸中湮滅還是在沉默中死亡？科學(xué)家首次提出宇宙將在“大爆炸”里死去

是在爆炸中湮滅還是在沉默中死亡?天文學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直在思考宇宙將如何終結(jié)。

已知的物理定律表明，從現(xiàn)在起到大約10100年后，恒星將停止誕生、星系將變暗，甚至黑洞也將通過(guò)霍金輻射的過(guò)程蒸發(fā)，只留下簡(jiǎn)單的亞原子粒子和能量。空間的膨脹將使能量冷卻到接近0開(kāi)爾文(絕對(duì)零度)，這意味著宇宙的“熱死亡”和達(dá)到總熵。

據(jù)《科學(xué)》報(bào)道，一項(xiàng)新研究顯示，在難以想象的遙遠(yuǎn)未來(lái)，被稱為黑矮星的冰冷恒星殘余物質(zhì)將開(kāi)始爆發(fā)，形成一系列壯觀的超新星，釋放宇宙有史以來(lái)最后的“煙火”。這或許是宇宙在萬(wàn)物永遠(yuǎn)變暗前最后的“歡呼”。

今年春天，美國(guó)伊利諾伊州立大學(xué)理論物理學(xué)家Matt Caplan在教授一門(mén)天體物理學(xué)課程時(shí)意識(shí)到，最后一組天體的命運(yùn)從未被解釋過(guò)。在耗盡熱核燃料之后，像太陽(yáng)這樣的低質(zhì)量恒星不會(huì)以引人注目的超新星的形式出現(xiàn)，相反，它們會(huì)慢慢地脫落外層，留下一個(gè)地球大小的熾熱核心，即白矮星。

“它們就像是從爐子上取下來(lái)的平底鍋，會(huì)越來(lái)越?jīng)觯旧蠒?huì)永遠(yuǎn)冷卻下去。” Caplan說(shuō)。

白矮星通常不再產(chǎn)生能量，依靠一種叫做電子簡(jiǎn)并壓力的力量抵抗重力崩潰。白矮星中的粒子被鎖在發(fā)射熱量的晶格中長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)億年之久，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了宇宙目前的年齡。但最終，這些白矮星會(huì)逐漸冷卻，變成黑矮星。

黑矮星缺乏驅(qū)動(dòng)核反應(yīng)的能量，所以它們內(nèi)部很少發(fā)生核聚變反應(yīng)。聚變需要帶電原子核克服強(qiáng)大的靜電斥力而合并。然而在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，量子力學(xué)允許粒子穿過(guò)能量屏障，這意味著盡管速度極低，聚變反應(yīng)仍然可以發(fā)生。

當(dāng)硅和鎳等原子與鐵結(jié)合時(shí)，它們能夠產(chǎn)生正電子，即電子的反粒子。這些正電子會(huì)緩慢地摧毀黑矮星中心的一些電子，并削弱它的簡(jiǎn)并壓力。對(duì)于質(zhì)量約為太陽(yáng)1.2至1.4倍的恒星(約占當(dāng)今宇宙中所有恒星的1%)而言，這種減弱最終將導(dǎo)致災(zāi)難性的引力崩潰，從而引發(fā)類似于更高質(zhì)量恒星形成超新星的巨大爆發(fā)。Caplan在本月的英國(guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上報(bào)道了這項(xiàng)研究。

Caplan說(shuō)，這種戲劇性的爆發(fā)將在101100年后開(kāi)始發(fā)生，這一數(shù)字人類大腦幾乎無(wú)法理解。而這場(chǎng)爆發(fā)將持續(xù)到1032000年后。

希望目睹這場(chǎng)宇宙最后“煙火”的時(shí)間旅行者恐怕會(huì)失望。因?yàn)榈搅诉@個(gè)時(shí)代，一種與引力相反的神秘物質(zhì)——暗能量將把宇宙中的一切分割開(kāi)，每一顆黑矮星都將被巨大的黑暗包圍，超新星甚至彼此間都無(wú)法觀測(cè)到。

耶魯大學(xué)天體物理學(xué)家Gregory Laughlin稱贊這項(xiàng)研究是一個(gè)有趣的思維實(shí)驗(yàn)，它允許科學(xué)家考慮在當(dāng)前時(shí)代還沒(méi)有足夠時(shí)間展開(kāi)的物理過(guò)程。

不過(guò)，Laughlin也強(qiáng)調(diào)，任何有關(guān)遙遠(yuǎn)未來(lái)的研究都不必太當(dāng)真。“我們對(duì)極為遙遠(yuǎn)的未來(lái)的看法反映了目前的認(rèn)識(shí)，而且這種看法會(huì)隨著時(shí)間的推移而改變。”(徐銳)