宇宙的未来(宇宙未来文本)量子科学原创理论2019-09-18 17:02:29
“向前看总是明智的,但向前看并不容易。”温斯顿·丘吉尔
在过去的138亿年里,我们第一次从电离质子和中子的海洋中形成了原子核。随着空之间的冷却和膨胀,电子被捕获并形成中性原子。然后,在引力的作用下,气体云(氢和氦)收缩形成第一批恒星,见证了几代恒星的死亡和重生。此外,在最大的尺度上,宇宙经历了数千亿个星系的形成和数千个星系聚集成星系团、超星系团和细丝结构的过程。我们知道宇宙过去的故事,但未来呢?我们今天将跨越1000亿年,看看我们的宇宙未来会是什么样子。
在星系结构形成和所有尘埃落定之后,我们发现自己处于一个巨大而不显眼的螺旋星系中。我们的星系是当地星系团中的第二大星系,距离最近的大型星系团中心超过5000万光年。在中,可观测的宇宙充满了1000多亿个大星系。这些星系距离我们几百万到几百亿光年。这就是我们生活的宇宙。
对我们来说,宇宙的年龄是138亿年,这是一个很长的时间。但事实上,宇宙还处于早期阶段,未来还会一直存在和膨胀。
以及太阳系和银河系的未来。
按照我们对恒星演化的理解,太阳应该存在70亿年左右,也就是说在1000亿年后的宇宙中,太阳应该早在930亿年前就耗尽了其核心的最后一颗核燃料,经历了红巨星阶段。最后外层的氢壳会被吹走形成行星状星云,内核(碳、氧和较重的元素)会收缩成白矮星,质量和地球差不多大,但密度是地球恒星残骸的10万倍!
太阳残留的白矮星只靠自身的余热发光,最终会失去热量冷却成完全看不见的黑矮星,但这个过程非常缓慢,1000亿年后太阳残留的核心依然可见。我们的地球呢?如果我们的地球有幸在红巨星阶段的太阳中生存下来,我们的地球在太阳死后将永远存在,但它将成为一个流氓行星。地球上唯一存在的东西是冰冷、贫瘠和没有生命的岩石。
那时我们的星系会看起来很不一样。我们再也看不到巨大的螺旋结构、圆盘和旋臂,因为40亿年后,不可抗拒的引力会把银河系、仙女座星系、大大小小的麦哲伦星系和许多生活在我们自己星系团中的短卫星星系团聚集在一起,它们将合并形成一个更大的星系结构——椭圆星系。
在最初数十亿年的合并过程中,星系中的气体云和恒星之间的碰撞会导致剧烈的恒星形成,在这两个星系中会出现更多的蓝色年轻恒星。但是这些大质量的蓝星不会存在很长时间,也就是几十万到几百万年。这些恒星将在超新星爆发中死亡。在一代又一代恒星诞生和死亡的过程中,星系中的氢含量会急剧下降,并不是说没有氢,氢含量在宇宙中永远占主导地位,而是剩余气体形成新恒星的速率会远远低于目前的速率,最多是目前恒星形成速率的0.2%。
1000亿年后的天空空会是什么样子?
1000亿年后,我们当地的星系团将是一个巨大的、古老的椭圆星系。星系中恒星的形成非常罕见,超新星爆发也很少见到。一切都那么平静,因为夜晚留下的星星空都是温度低、质量低、颜色红的矮星。
与今天的夜间空相比,也将发生巨大变化。比如恒星的光度会低很多,夜晚空横跨天空的星系空会变大,形状也不一样。我们接收的大部分光将是红光和红外光,而不是我们今天看到的紫外光、可见光和可见光。
恒星的残余:白矮星、黑洞和中子星,在这个古老的星系中会比今天的任何其他星系都多,这些影响相对较小。
最重要的是,今天存在的一切,包括我们所知道的,都不会在1000亿年后以我们现在看到的形式存在。
对于任何一个1000亿年后的银河系观察者来说,当他们向银河系外看的时候,他们看到的宇宙和我们看到的宇宙是完全不同的。
他们在宇宙中除了看到自己的星系什么都没有。我们知道目前的宇宙正在加速膨胀,这是暗能量造成的。暗能量会驱动宇宙中所有其他星系,所有不受当地星系团引力束缚的星系,包括目前可见宇宙之外的星系,都会加速远离我们。即使是最近的星系,比如处女座的其他星系团,狮子座的星系,甚至是离我们很近的M81星系团,也会变得看不见,没有可测量的特征和之前的证据。
如果人类在1000亿年后出生在一个宜居的星球上,他们会得出结论,我们的星系是宇宙中唯一的星系。
我们看不到任何来自BIGBANG的信息。
我们发现宇宙正在膨胀这一事实是指导我们提出BIGBANG起源的第一个证据。1000亿年后,人们发现不了宇宙正在膨胀,更不用说研究宇宙的起源了。更严重的是:
连大爆炸的余晖和微波背景都无法被他们探测到!现在它看起来像2.725开尔文的微波辐射,相对密度为每立方厘米411个光子。从现在到1000亿年后,这种情况会和现在的情况大不相同。
宇宙的1000亿次膨胀会把宇宙微波背景辐射的波长拉到无线电波的波段,并严重稀释光子密度,以至于当时的人们需要一个地球大小的射电望远镜来观测宇宙充满了无线电辐射!可以肯定的是,这种波动在1000亿年后依然存在,但会减弱到今天波动的十分之一。然而,作为一项科学研究,不可能在微波背景中找到关于宇宙起源的信息。
下图为中国“天眼”FAST,是目前世界上最大的射电望远镜。1000亿年后,人类需要一台直径是FAST4 4万倍的望远镜来探测大爆炸的遗迹!你认为他们会发现微波辐射吗?
总结:我们很幸运,出生在宇宙年轻的时候。
所以,我们真的很幸运,在宇宙年轻的时候出生。年轻意味着活力。因此,现在的宇宙中无时无刻都有新的恒星形成和消亡,这给了我们很多观察的机会。现在天空空也布满了星系和星团。大爆炸留下的余辉还停留在微波波段,光子密度足够高。我们甚至可以用一个简单的电视天线接收微波辐射信号。这些都给了我们很多关于宇宙过去和未来的信息。
1000亿年后,我们体内的许多原子将成为不同恒星和行星的一部分,在分子结构中,它们将与今天甚至不属于银河系的原子结合。那时,我想知道这个原子是否还记得我们?还记得曾经生活在我们的身体里吗?
在1000亿年的时间里,我们的太阳已经消失了很长一段时间,但目前,太阳系中的所有物质和能量都将继续存在于整个宇宙中,而这些物质和能量可能会在新的恒星系统和新的行星中获得另一个成为生命的机会。
上面的故事是我们每个人未来的一瞥;你一定会更加珍惜明天!
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