“ 大紧缩”,“大紧缩”或“大内爆” 理论提出,宇宙最终将收缩以重新形成时空中的巨大奇点。因此,这是大爆炸的一种逆转。
如果宇宙的起源始于所有时空集中的奇异点的剧烈扩展,那么它的终结恰恰是相反的过程。这个想法并不是什么新鲜事,因为科学家们一直很想知道,物质的伟大建筑师引力是否有一天还能使它彻底崩溃。
图1.此动画显示了在“大危机”期间会发生的事情:星系彼此靠近,直到它们在微小空间中形成奇点。资料来源:维基共享资源。
大紧缩讨论了万有引力的作用,宇宙的终结会是什么样。这不是关于起源的理论,尽管还有另一种关于振荡宇宙的理论,它结合了大紧缩和大爆炸,以不断膨胀和收缩的循环产生无限宇宙的图像。
尽管目前宇宙正在膨胀,并且有很多证据支持这一点,但“大危机”表明,重力在某个时候将足以阻止这种膨胀。
不仅可以阻止它,还可以将其扭转到引起持续收缩的程度,使恒星和星系越来越近。但这并不是全部,通过收缩,宇宙将以无法想象的规模逐渐升温,从而使行星变得对生命不利。
压缩将一直持续到时空,并且其中的所有内容都减小到一个奇异点,最终可以由此诞生一个新的宇宙。也许不是,因为目前尚无办法。
大危机理论的历史和原理
尽管就目前而言,宇宙膨胀的证据是毋庸置疑的,但万有引力从未停止存在,它随时都可以成为主导力,并使行星,恒星和星系靠得更近。
科学家们提出,当前的膨胀是由于暗能量引起的,暗能量充满了所有空间,但其真实本性尚不清楚,尽管它被认为是由空间本身产生的,并随着其增长而增加。
宇宙扩展得越多,就会创造出更多的空间,并伴随着负压而产生更多的暗能量,从而产生无限不确定且日益迅速扩展的情况。
但是,如果您从封闭的宇宙开始,则膨胀不可能永远持续下去,并且暗能量必定会减弱,尽管尚不清楚何时会开始。有些人认为它已经开始,即使宇宙似乎正在增加其膨胀率。
这种减弱将使重力起主要作用,导致宇宙密度再次增加。为此,至少需要3个原子/立方米的密度。
这样,星系将越来越近,到达它们全部形成一个巨大星系的时间,然后这个星系将集中以产生一个独特的黑洞,这是非常小的尺寸奇异点。
图2.星系可能后退是宇宙学推测的原因。资料来源:维基共享资源。
相反,这是一种大爆炸,尽管这个极热的新宇宙的特征将完全不同,因为密度将不再均匀。
宇宙的可能几何形状
根据宇宙学标准,如果宇宙的密度是均匀的,则其曲率由平均密度确定,所述曲率是恒定的。指标是曲率参数Ωo:
Ωo=宇宙的平均密度/临界能量密度
临界能量密度是平坦的宇宙,没有曲率。此参数有三种可能性:Ωo= 1,大于1或小于1。当Ωo> 1时,我们有一个球形或封闭的宇宙,其中大紧缩是非常真实的可能性。
当前的测量结果指向一个平面几何宇宙,因此,除了一些宇宙学家之外,目前尚不支持科学界的大多数人支持大紧缩假说,正如我们不久将看到的那样。
图3.宇宙的三种可能几何形状的图像。在有限且封闭的球形宇宙中,可能会发生大崩溃。资料来源:维基共享资源。
赞成事实
大紧缩假设来自许多科学家,对于他们而言,关于不断膨胀的宇宙的想法是不可接受的。承认大危机确实存在,宇宙将有一个开始和结束,这对于许多人来说都是可以放心的。
另一方面,对于其他科学家来说,当大紧缩是振荡宇宙理论中提出的无休止的膨胀和收缩循环的一部分时,它就会被接受,因为这将避免精确地思考这样的宇宙的开始以及推测它是多么令人不安。关于那之前有什么。
由于这些原因,许多研究人员继续致力于创建新的宇宙模型。有些人提出了对宇宙常数的修改,宇宙常数是阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)提出的,这样他的场方程的解将导致一个稳定的宇宙。
根据最新的天文学数据,用大写希腊字母lambda表示的宇宙常数的值是:Λ= 10 -46 km -2。
一些宇宙学家声称,这个常数的甚至更低的值(已经很小)肯定会导致有限的宇宙,在该宇宙中空间收缩是可行的。这样,“大危机”将成为宇宙的可行终结。
振荡宇宙理论
也称为脉动宇宙理论或“大弹跳”,它与“大危机”有很多共同点。
它是由数学家理查德·托尔曼(Richard Tolman,1881-1948)提出的,他假定宇宙是由于来自大爆炸的冲动而膨胀的,但是当重力成为主导时,膨胀就停止了。
这是周期性发生的,因此宇宙没有,也没有开始或结束。
宇宙终结的替代理论
除了“大危机”和振荡的宇宙理论之外,许多宇宙学家还声称宇宙宁愿以“大裂痕”作为结尾:可能是膨胀最终消灭了物质,并将其分裂得越来越多。
另一部分科学家认为膨胀需要持续冷却。众所周知,物质的组成粒子的运动在它们达到绝对零时停止,这是尚未达到的不可思议的低温。
如果宇宙是开放的,则随着温度越来越接近绝对零,膨胀可以无限期地继续。这种被称为“大冰点”的冷却将在不久的将来导致宇宙最终的热死。
数据反对
有两个重要事实,许多科学家不相信“大危机”是宇宙演化的替代方法。
首先是宇宙目前正在膨胀,这一事实通过观察遥远的超新星和测量宇宙背景辐射(大爆炸的残余物)得到了实验证实。
当然,由于有足够的时间,最有可能的是,将来它会停止运行,最重要的是:关于宇宙,我们仍然不知道很多事情。
第二个是,对宇宙曲率的测量表明,宇宙的几何形状是平坦的。在这样的几何图形中,不可能进行大幅度收缩。普朗克任务的结果表明了这一点,该结果表明宇宙的密度比其关闭所需的密度高5%。
普朗克飞行任务是欧洲航天局的一个项目,由一个人造卫星组成,该人造卫星被装备来收集有关空间性质的数据。它于2009年从法属圭亚那发射升空,并配备了探头,探测器和望远镜。
图4.普朗克卫星的模型,以量子物理学的先驱德国物理学家马克斯·普朗克(Max Planck,1858-1947)的名字命名。资料来源:维基共享资源。Mike Peel(www.mikepeel.net)摄。
科学家支持大危机
Nemanja Kaloper和Antonio Padilla等人捍卫了Big Crunch类型宇宙即将崩溃的可能性。这些研究人员使用一个模型,其中他们修改了宇宙常数的值,从而获得了一个稳定而封闭的宇宙。
他们的结果已发表在《物理评论快报》上,但是,目前尚无观察结果支持这种新模型。
参考文献
- 哈里斯,W。大紧缩理论的运作方式。摘自:science.howstuffworks.com。
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- 维基百科。大危机。摘自:es.wikipedia.org。
- 维基百科。暗能量。摘自:es.wikipedia.org。