美科学家预测宇宙将在50亿年内走向灭亡

上一篇 / 下一篇  2010-11-01 22:16:07

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据美国国家地理网报道,宇宙已经存在了近140亿年,大多数人认为,宇宙还应该会继续存在数十亿年。不过,据最新一项研究,一种涉及宇宙起源的理论预测,时间本身会在50亿年内结束,而巧合的是,太阳大概也会在相同的时间段内走向灭亡。

  宇宙之外还有宇宙

  这一预测源于“永久膨胀”(eternal inflation)理论。该理论宣称我们的宇宙属于“平行宇宙”(亦称多重宇宙论)体系的一部分。这个体系由无数个宇宙构成,每一个又包含无数个更小的宇宙。平行宇宙理论的问题在于,可以发生的一切事件都会在无限的时间内发生,这使得计算事件的概率(如类地行星常见的概率)看似不可能。

  美国塔夫斯大学科学肯·奥卢姆(Ken Olum)说:“正常的概率概念是,事件A发生两次,事件B发生四次,所以,事件B发生的频率可能是事件A的两倍,但是,这种概念如今不起作用了,因为不是两个和四个,而是无限个。”奥卢姆没有参加最新研究。计算平行宇宙的概率不仅仅是宇宙学家面临的问题。

  美国加州大学伯克利分校理论物理学家拉法尔·布索(Raphael Bousso)和同事在最新的研究报告中写道:“如果整个宇宙的许多观测者无数次中过彩票,仍然有人说中彩票是不可能的事情,那么他们的依据又是什么呢?”物理学家多年来一直通过一种名为“几何截点”(geometric cutoff)的数学方法来尽量回避这个问题。

  所谓“几何截点”是指,以平行宇宙的有限区域为例,计算基于那种有限样本的概率。不过,在9月份发表于康奈尔大学网站arXiv.org上的新论文中,布索的研究团队指出,这种方法是无意识的,在此之前总是忽视后果。布索说:“你不能将截点作为不留任何痕迹的数学工具,给予你这些满意、可能正确的预测的相同截点,也可以预测时间的尽头。”

  “换言之,如果你采用截点法去计算永远膨胀的概率,截点本身以及时间的尽头就成了一个可以发生的事件。”虽然这种理论十分奇怪,但布索和同事认为,永久膨胀是一个可靠的概念。布索说,根据这一理论做出的大多数科学猜测(如爱因斯坦的相对论)都没有遇到太大挑战,很难理解有什么理论可以替代它们。

  膨胀理论的自然延伸

  实际上,许多物理学家都认为,永久膨胀是膨胀理论的自然延伸,膨胀理论曾经揭开了与宇宙大爆炸理论初始版本有关的一些谜团。根据宇宙大爆炸最初的模型预测,如今处于宇宙远端两个不同方向的一组组物质相距太远,导致相互之间不能接触。这意味着,早期宇宙的外形应该属于块状。

  此外,根据我们所处宇宙现在的膨胀速度,其整体外形应该随时间变成弧形。同时,造物的最初瞬间应该令宇宙充满了称为磁单极子的稳定重粒子。然而,过去几年对宇宙大爆炸辐射物残骸的观测却得出一个截然相反的结论:早期宇宙状态始终如一,当前宇宙外形是扁平的,对磁单极子的观测从来都不具有决定性。

  传统膨胀理论的解释是,宇宙在诞生后不久经历了急速膨胀期,最终产生了一个今天我们所看到的扁平、整体上一致的宇宙。永久膨胀是膨胀理论的下一个阶段,它使得科学家可以避开其他一些棘手的宇宙学问题,例如在我们的宇宙存在以前还有什么(答案是其他宇宙),我们的宇宙为何具有适于生命存在的特性(答案是一切皆有可能)。

  澳大利亚国立大学天体物理学家查尔斯·林尼韦弗(Charles Lineweaver)说:“虽然没有一种理论去解释宇宙的最早期状态,但我们对这种理论的基础具有相当深刻的认识,这些认识似乎无一例外包括其他宇宙。”林尼韦弗没有参加布索团队的研究。林尼韦弗说:“举例说,我们的理论假设一个沸腾热水壶的存在,而我们的宇宙就源于热水壶底的一个水泡。这一理论充分说明其他水泡的存在,因为当开水煮沸时,从来不是只有一个水泡。”

  50亿年内到达“截点”

  正如平行宇宙中概率所固有的问题,永久膨胀论仍难称完美。据布索介绍,如果这些概率在一个平行宇宙中起作用,那一定是实实在在的截点令各个宇宙走向结束。布索的研究团队称,根据用于计算截点的方程式,一个拥有137亿年历史的宇宙将在50亿年内到达“截点”。对于大多数人来说,用数学工具去解释现实世界发生事件的观点,或许听上去有些奇怪,但在物理学领域这些事情都有其先例。

  奥卢姆举例说,曾经有一段时间,许多物理学家坚持一种概念,即质子——具有正电荷的亚原子粒子——本身是由称为夸克的更小粒子构成的。从数学上讲,夸克有助于解释原子核中所谓的强作用力,而在现实世界中,它们则有助于解释发现于加速器中的奇异粒子“动物园”。奥卢姆说:“人们曾说,这种质子中存在粒子的看法永远站不住脚。长期以来,人们认为夸克仅仅是一种有用的计算工具,但他们确实不相信夸克。今天,每个人都认为夸克是真正的基本粒子。”

  布索和同事指出,同理,如果理论家相信永久膨胀理论,他们有两种选择,要么必须相信截点不是计算概率的有效方法,要么相信截点是真实发生的事件,可以预测时间的尽头。布索的研究小组表示,现实世界的截点形态以及时间尽头的构成方式,目前都是未解之谜。如果真实存在,可能也是突然发生、难以预料的事件。即便人类将来可以看到截点,我们也几乎肯定从地球上看不到。

  科学家认为,太阳(如今是一颗具有45.7亿年历史的“中年”恒星)将在大约50亿年内步入生命尽头。到那时,太阳将耗尽核心的燃料,开始褪下气体外层,慢慢膨胀变成红巨星,最终成了一个行星状星云。在这一事件中,地球会遭遇怎样的命运尚不得而知,但鲜有科学家认为地球生命会在太阳死亡事件中幸存下来。

  宇宙终结存在诸多猜想

  虽然澳大利亚国立大学天体物理学家林尼韦弗也认为,计算永久性平行宇宙的概率存在重重障碍,但他并不认为预测现实世界的截点是解决问题的办法。林尼韦弗说:“我从不完全排除任何事件的可能性,但我不会认真看待这个观点。相反,我会更为严肃地对永久膨胀理论背后的种种猜测提出质疑。”

  奥卢姆也认为,物理学家不应接受这样一种观点,即时间走向结束是不可避免的。他说:“没人清楚永久膨胀为何是错误的,同时也没人清楚为何时间也会走向结束。对我来说,这些事情都处于同一起跑线上。”除了膨胀论,宇宙如何终结在物理学上还具有其他许多的理论。

  例如,按照“大坍缩”(big crunch)理论,宇宙当前的膨胀趋势会颠倒,最终缩小变成一个黑洞。另外还有“热寂”(heat death)理论,即宇宙会永远膨胀下去,直至到达一种热平衡状态,在这种状态下,任何事情都不能发生。除此之外,还有一种称为“大裂口”(big rip)的理论,根据这一理论,宇宙的加速膨胀最终会将所有物质一个原子接一个原子地撕裂。

  如果永久膨胀理论被证实是正确的,那么即便在我们的宇宙停止运转之时,更大的平行宇宙的运转仍会继续。奥卢姆指出,无论哪种假想理论最为可信,“都没有必要去推销你的观点,因为宇宙将在50亿年内走向灭亡。不管怎样,我们还有足够的时间去找出真正的答案。”


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