宇宙是有是有始有终的,还是无始无终的?

如果按照目前科学的主流理论,也就是宇宙大爆炸模型。(补充一句,这个模型的名字已经叫做冷暗物质-宇宙学常数模型了)宇宙是有一个炙热的开端,同时宇宙也极有可能有个终点。那到底是咋回事呢?

宇宙的开端

其实“宇宙到底有没有一个开端”的这个问题,是到了20世纪才开始有了讨论的。在这之前,大多数的人认为:宇宙是永恒的。意思是说,宇宙从来就是这样,是不变的,没有开端,也不会有结局。

爱因斯坦一开始也是赞同这个理论的,因此,他在用广义相对论描述宇宙模型时,发现他得到的方程是一个膨胀的宇宙,他无法接受,于是,他加了一个宇宙常数,用来抵消这个膨胀的效应,让这个广义相对论的引力场方程符合他的世界观,也就是永恒的宇宙。

但我们要知道的是,宇宙到底是不是永恒的,这个理论说了不一定算数。所有的理论要成为主流理论都要经过实验和观测的考验。

在上世纪20年代,有个天才天文学家哈勃,他就正在忙着观测星系的情况。结果,他发现星系发生了红移。这种红移现象其实说了一点,那就是星系正在离我们远去。

当然,离我们远去也分两种可能,某一种是这个星系自己在运动,一种其实就是它所在的空间在离我们远去,也就是空间在膨胀。

据说,当爱因斯坦听说了哈勃的观测之后,很是懊恼,因为他本来可以直接用方程预言这个结果,可偏偏被自己的世界观给蒙骗了。不过,连哈勃也拿不准这到底是什么情况。

后来,许多科学家都在研究这个星系红移到底是咋回事?

随着理论和进一步的观测结果发现,这个星系不可能是自己在运动,而是空间在膨胀,而且整个空间是等比例地膨胀,在大尺度上,每个部分都在膨胀。

更重要的是,它是随着时间在膨胀,也就是说,如果我们像放电影一样,往回拨,那宇宙应该是一直在收缩的,最后收缩到一个点上。当时就有个人叫做勒梅特,就提出了这样的观念。不过,勒梅特的研究成果并没有得到太多的关注。

后来,弗里德曼和他的同事,对这个理论做了进一步的研究,并提出了他们的模型,这个模型后来也被称为大爆炸模型。这个模型就是在勒梅特的工作至上,引入了核物理进行更为细致地研究,并且提出两个证据可以证明大爆炸。

宇宙微波背景辐射氦丰度这两个证据后来都被找到了,毕竟和理论预言的很好的适配了,这才使得科学家逐渐接受了大爆炸理论。而宇宙有个炙热的开端,也就是奇点,也开始被广泛接受。

宇宙的终点

至于宇宙的结局,科学家也一直在研究,目前来看,宇宙极有可能是有个结局的。基于最新的普朗克卫星发回来的宇宙微波背景辐射的研究成果,我们知道宇宙是平坦的,而且宇宙的平均密度是略小于临界密度的,所谓临界密度就是指一个以物质为主的宇宙几乎不膨胀活微微膨胀的密度。而实际的宇宙密度与临界密度的比值Ω是可以让我们知道宇宙未来的解决到底如何的。

如果Ω>1,宇宙未来就会由引力为主导,从膨胀走向收缩;在这种情况下,宇宙可能会发生大挤压,被压到一个起点上。

也有人提出,由于大挤压的能量太大,很有可能还会促使再次发生大爆炸,这也就是大反弹。当然了,我们也很容易想到,那是不是宇宙就是在“大爆炸-膨胀-大挤压-大反弹”这样的循环中一次次重复?这也就是宇宙循环假说。

如果Ω≤1,宇宙的未来就会一直膨胀下去。这种情况下,宇宙最终会发生大撕裂,也就是说星系不复存在了,连分子,原子都被撕裂。

除了大撕裂,其实还有一个宇宙终局是基于热力学第二定律,叫做热寂说。意思是,宇宙可能会最终走向热寂,这种状态其实就是宇宙中处处温度都是一样高的,也就是说,宇宙不会再有热传递,没有热传递也就没有了信息的传递,宇宙陷入一片死寂。

以上,大挤压,大反弹,宇宙循环假说,大撕裂和热寂就是宇宙终点的五个假说。而具体是哪个,其实直接和Ω的取值大小有关。依照目前Ω的取值大小来看,宇宙会走向大撕裂或者热寂的。


但是Ω很有可能不是固定不变的,可能会受到某些我们未知因素的影响,因此也不能排斥大挤压,大反弹和宇宙循环假说的可能性。

总结

最后,我们来总结一下,宇宙是有一个开端的,也就是奇点。同样的,宇宙也是有个终局的,这和宇宙实际密度和临界密度的比值Ω有关,Ω的不同会导向五个终局假说,分别是大挤压、反弹,宇宙循环假说,大撕裂和热寂。