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宇宙的终极命运

2015-2-16 09:33|查看:1677|评论:0|字体: 繁体

宇宙的终极命运物理宇宙学中一个主要的议题。许多科学理论都对宇宙的命运做出预测并成为竞争的对手,包括未来与时间是有限还是无限。

自从宇宙起源于大爆炸并经历暴胀的概念为大多数科学家接受之后,宇宙的终极命运就成为宇宙论可以探讨的问题,取决于物理上的性质:在宇宙中的质量/能量,它们的平均密度和膨胀速度。

脱颖而出的科学基础

理论

亚历山大·弗里德曼

亚历山大·弗里德曼。

在阿尔伯特·爱因斯坦于1916年提出广义相对论之后,宇宙的终极命运在科学上成为能够探讨的问题,可以用广义相对论来描述有最大规模的宇宙尺度。广义相对论的方程是有许多不同的解,每个解都意味着一种可能的宇宙终极命运。 亚历山大·弗里德曼在1922年就提出了一些如同乔治·勒梅特在1927年提出的解。其中有一些宇宙最初是从奇点开始膨胀,基本上,这就是大爆炸。

观测

在1931年,爱德温·哈勃出版他研究的结论:根据他对遥远星系造父变星的观测,宇宙是膨胀的。此后,宇宙的开始和它可能得结束就成为科学研究的重要议题。

大爆炸和稳态理论

在1927年,乔治·勒梅特提出以后被称为大爆炸的宇宙起源理论。在1948年,弗雷德·霍伊尔提出了反对的稳态理论,认为宇宙在统计上是稳定不变的,但是不断的有新物质被稳定的创造而扩大。这两个理论都有积极的赞同者,直到1965年阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现宇宙微波背景辐射,这是大爆炸理论预测的一个事实,并且是稳态理论所无法解释的。结果,大爆炸理论很快就成为宇宙起源最普遍被接受和持有的观点。

宇宙常数

宇宙的形状

根据天文观测和宇宙学理论,可以对可观测宇宙未来的演化作出预言。均匀各向同性的宇宙的膨胀满足弗里德曼方程。多年来,人们认为,根据这一方程,物质的引力会导致宇宙的膨胀减速。宇宙的最终命运决定于物质的多少:如果物质密度超过临界密度,宇宙的膨胀最后会停止,并逆转为收缩,最终形成与大爆炸相对的一个“大挤压”(big crunch);如果物质密度等于或低于临界密度,则宇宙会一直膨胀下去。另外,宇宙的几何形状也与密度有关: 如果密度大于临界密度,宇宙的几何应该是封闭的;如果密度等于临界密度,宇宙的几何是平直的;如果宇宙的密度小于临界密度,宇宙的几何是开放的。并且,宇宙的膨胀总是减速的。

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