于是,这便顺势引出来另一个问题,即宇宙未来的命运会是什么样的。
根据大爆炸理论,宇宙诞生于138亿年前,此后各类天体和星系生成,宇宙就此开始了自己的演化历程。而根据熵增理论,也就是热力学第二定律,作为一个孤立系统的宇宙,整个演进的过程,就是有序向无序变化的过程。
就像行星绕着恒星运转,恒星又绕着星系运转,背后原本是有规律而很有秩序。随着恒星的开始死亡,有序阶段就会向无序阶段缓慢展开,这一进程跟熵增的进程和方向是一致的。
目前,根据天文学家的观测,银河系包括宇宙深处,确实有大量的恒星坟场,大批量的天体已经死亡,这些死去的恒星有的变成了白矮星,有的演化成了中子星进而又变成黑洞。
一切看起来,都从此前的有序运行状态,向后序的阶段发展。当这一发展到达顶点时,个体恒星的死亡,就代表了宇宙整体的“死亡”。物理学家将这一状态称之为热寂,即宇宙未来的终极命运走向。
这一假说在19世纪50年代,就由物理学家根据热力学第二定律推导出来了。彼时支持该理论的物理学家认为,热寂代表了物理事件的终结。
正是按照这一假说,人们才又进一步推导出,未来的宇宙中,将会是由黑洞统治的黑暗纪元。具体时间是从何时展开呢?
黑洞之后和之前
按照大爆炸理论,在10^10年内,宇宙处于诞生的早期阶段。膨胀过程中,星系和恒星不断形成,它们构成了宇宙的全部。在这个阶段,恒星自身都处在诞生和演化过程中,死亡对天体来说还是小概率事件。
到了10^14年,宇宙进入了一个相对稳定期,经过了早期恒星的诞生,大量的天体处于稳定的消耗阶段。核聚变产生的能量虽然源源不断,可仍旧有枯竭的时候。
从这个阶段开始,死亡开始从各个星系蔓延开来。如果按照熵增理论来看,死亡的进程,实际就是无序增加的过程。
不过天体的时间跨度很长,在人类的概念中,死亡是一瞬间的事情,但是对恒星乃至星系来说,死亡本身就是一个漫长的过程。
白矮星在演化,中子星和黑洞也在演化,不同恒星由于死亡时段不同,因此其死后的不同形态和阶段,也分布在宇宙的各个角落。
有科学家相信,由于恒星接连不断的死亡,整个宇宙犹如关灯一样,可见光开始逐步减少。白矮星本身发出的光相当有限,中子星以及黑洞,几乎就不会形成可见光。这一阶段,将会持续10^15年。
待进入下个阶段后,大量天体的轨道开始变得无序而混乱。恒星死亡的过程中,本身就会吞噬掉身边的行星,侥幸有漏网之鱼的行星,或者是其他的一些小天体,由于失去了恒星的引力,开始在宇宙内横冲直撞。
没有什么能够约束它们,而这些行星最终的命运也是死亡。因为整个宇宙都已经弥漫着死亡气息。这类行星不幸碰到了红巨星爆发,或者是黑洞,都避免不了被吞噬的命运。
当时间来到10^16年,残留的行星已经不多见,整个宇宙内到处都是恒星尸横遍野的场景,它们也早已不再是以前的模样,更没有了轨道区分。
这时候,整个宇宙内的黑洞开始增加,偶尔有别的天体残骸存在,也会被黑洞吞噬。而且,大小黑洞之间还会相互吞噬,逐渐连成一体形成更大质量的黑洞。
接下来,整个宇宙将会经历一段漫长的衰变阶段。时间来到10^36年,宇宙里早已不见天体和可见光。据说到这个时间段的话,质子都会开始衰变。
当时间进入10^40年,这时候宇宙内理论上就只有黑洞了,当然也可能是一种轻子状态,此时所有的质子都已经完成了衰变。
黑洞的纪元正式拉开序幕,但进入这个阶段,意味着黑洞也将开始“死去”。只不过它死亡所消耗的时间,甚至比宇宙诞生到演化之间的时间还要漫长。
按照霍金生前的理论,黑洞会以缓慢蒸发自己的形式而死亡,该理论在物理学界被成为霍金辐射。
黑洞死亡的进程是由小到大,质量小的黑洞会先行蒸发掉,质量大的黑洞会在之后蒸发掉,以此类推,当时间来到10^100年,宇宙空间里就只剩那些超大质量黑洞的残骸了。
它们会继续蒸发,一直持续到10^150年,当所有的黑洞都蒸发完毕后,整个宇宙将没了任何天体的存在。这时候宇宙空间内的所有物质只剩下光子和轻子。
按照热力学第二定律,此时的熵增已经达到最大状态,整个宇宙已经进入热寂。宇宙内无生无死,物质不会进行任何能量交换。
此时的时间已经没有了意义,如果还要说它有意义的话,持续延续下去就是无穷。在接下来的10^500年再到10^1000年,宇宙都将处于这种状态。
达到这个状态,一切都是虚空,可以说连黑洞都已经不存在了。
当然,上述热寂理论也仅仅是假说,有人认为该假说只考虑了热力学第二定律而没有考虑引力效应,所以宇宙不会进入到这种状态。
也有观点认为,热寂不会一直持续下去,当时间来到10^2500年后,整个宇宙可能会开启一场新的大爆炸。
至于黑洞,热寂状态持续的无穷年里,它早就蒸发干净了。那如果将时间再拉回到热寂之前,黑洞还会有其他结局吗?
就不能撑死它吗
以太阳为参照,质量大于其9到25倍的恒星,死后会变成中子星。如果质量大于25倍,死后都会形成黑洞。
单从一个恒星的尸体来看,黑洞的形成并不大,可整个宇宙中却存在着不少大质量的黑洞,甚至还有超大质量的黑洞,显然它们不会是单个恒星留下的,而是在不断吞噬的过程中胀大起来的。
比如在银河系的中心区域,就有一个质量是太阳400万倍的黑洞,这跟宇宙内的其他黑洞比起来,还算小的。
科学家也不清楚,它们的体型为何能达到这么大,唯一能肯定的是,这是不断吞噬星系里的其他物质而胀大的。如此吞噬,难道它们就不会被“撑死”?
那倒也不是,黑洞并不是什么都吞,根据科学家的观测研究,不同环境下的黑洞,它表现出来的状态也不一样。
比如,位于银河系中央的黑洞就不是什么都吃,它因为引力而产生的吸积盘并不活跃,不是什么物质都会往里面掉。
而另一个黑洞,位于M87星系,它则是什么都吃,明亮的吸积盘还会喷射带电的粒子流,光是一个粒子流就能延伸5000光年。至于它的质量,最少是太阳的35亿倍。
为什么有的“贪吃不断”,有的却有点“挑食”,科学家现在也找不到背后的机制。
但通过某些黑洞贪吃的特点来看,黑洞大概率不会被撑死。
逃逸和出路
按照霍金辐射理论,黑洞本身会蒸发,在宇宙还没有陷入永恒的热寂之前,黑洞就可能蒸发干净了。
但是黑洞蒸发的过程,本身就跟黑洞能吞噬一切的特性是矛盾的。所以围绕霍金辐射,多年来又产生了各种各样的观点和争论。
根据量子学的观点,蒸发所形成的逃逸,本身不是从黑洞里出来的,而是从事件视界之外的虚空空间里出来的。
也有科学家认为霍金此前的理论不完善,需要进行修改。至于说逃逸出来的信息,构成了进入另一个宇宙的入口,这个本身也是人们的一种猜想。
而回到黑洞本身的概念上,贪吃的黑洞质量越来越大,通常也有一些不太贪吃的量子黑洞。
质量比较小的黑洞,其辐射蒸发的过程也就越快。所以像那些量子黑洞,本身还会自我毁灭。返回搜狐,查看更多