大家好,我是魅力科学君,今天我们要聊的话题是:根据一项近日发表在预印本服务器(arXiv)上的新研究,宇宙未来或将发生颠覆性改变。下面我们就来看看这具体是怎么回事。
在宏观层面上,宇宙中存在着两种力量的较量,其中的一方是引力,另一方则是暗能量(Dark Energy)。
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关于引力,相信大家都不陌生,毕竟我们每时每刻都在感受到地球的引力,实际上,在宇宙的宏观层面,引力也发挥着极为重要的作用,从宇宙诞生开始,引力就一直在试图把宇宙中的所有具有质量的物质都聚集起来,从而形成了各种天体、星系,乃至更大尺度的宇宙结构。
而暗能量所起的作用却与引力完全相反,科学家通过观测发现,宇宙自从诞生就一直在膨胀,直到现在也没有改变,并且其膨胀速度还在加快,而这样的现象正是暗能量在背后推动的结果。
也就是说,引力试图让宇宙收缩,而暗能量却在不断推动宇宙膨胀,这两种截然相反的力量,构成了一场贯穿宇宙历史的较量,而在过去的日子,暗能量占据了“主导优势”。
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那么,在未来的日子里,引力和暗能量之间的较量又会如何呢?这是现代宇宙学最深奥、最令人着迷的谜题之一,实际上,这也是此次研究的主要内容。
在研究工作中,科学家对来自“暗能量光谱仪器”(DESI)的海量数据进行了深入分析,并将其与此前获得的多项宇宙观测数据(例如Ia型超新星的亮度距离测量、宇宙微波背景辐射、遥远星系光线被引力透镜效应弯曲的现象等)进行了综合比对与联合建模。
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(↑“暗能量光谱仪器”架设在美国亚利桑那州的一台天文望远镜上,旨在通过测量星系的红移揭示暗能量本质及宇宙加速膨胀现象)
研究结果表明,在过去的日子里,暗能量似乎并不是恒定不变的——在与引力的较量之中,它似乎在变弱。科学家指出,这样的结果与一个被称为“轴子暗能量”(axion Dark Energy, 简称aDE)的宇宙模型相符。
简单来讲,轴子(Axion)是一种理论上存在的、极其轻的亚原子粒子,在这个模型里,暗能量被看作是由这些超轻轴子构成的能量场,这种场的能量会随着宇宙的演化而缓慢衰减。
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根据该模型的理论推演,如果暗能量的强度会随着时间逐渐减弱,那么在未来的宇宙演化中,引力与暗能量之间的力量对比将发生变化,随着暗能量的压制力逐步减弱,其对引力的“主导优势”将不断缩小,宇宙膨胀的加速度也将随之减缓。
而当暗能量减弱到无法压制引力的时候,宇宙就将会发生颠覆性改变,即:在引力的作用下,宇宙将从原本的膨胀状态改变为收缩状态。具体是什么时候呢?在此次研究中,科学家以模型的最佳拟合值作为基准,算出了具体发生时间为:大约70亿年后。
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根据科学家的计算,在大约70亿年后的某一时刻,暗能量的强度将减弱到与引力相等的程度,届时宇宙的膨胀将完全停止,而在那一刻之后,宇宙就将开始从膨胀改变成收缩。
一旦收缩开始,一切都将像现在宇宙的“倒带”,星系将不再是相互远离,而是会加速冲向彼此,而随着这个过程的持续,宇宙的密度和温度会不断升高,直到大约200亿年之后,所有的一切都将被引力无限地“挤压”,届时的宇宙将重新回到其诞生之初的“奇点”状态。
实际上,这就是所谓的“大挤压”(Big Crunch)。值得一提的是,有理论认为,“大挤压”可能并不是宇宙的最终结局,它也可能是“宇宙循环”中的一环:或许在“大挤压”之后,宇宙又会发生一次“大爆炸”(Big Bang),进而开启下一轮宇宙的生命周期。
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就目前的情况来看,这只能算是一种推测,而不是确定的结论。科学家也表示,此次研究的统计显著性还需要进一步提高,相信在未来的研究中,随着“暗能量光谱仪器”收集到更多的数据,以及其他新的宇宙学巡天项目的加入,我们将能够更清晰地看到宇宙的未来。
参考资料:The Lifespan of our Universe,doi.org/10.48550/arXiv.2506.24011
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