物理學(xué)家的普片觀點(diǎn)是,時(shí)間開始于大約138億年前的一個(gè)特定點(diǎn),當(dāng)時(shí)整個(gè)宇宙突然從無限熱、無限密集的奇點(diǎn)中擴(kuò)展出來,在這一點(diǎn)上,我們理解的物理定律完全崩潰。這可以被認(rèn)為是宇宙的'誕生',也是我們所知道的時(shí)間的開始。在大爆炸之前,沒有空間或時(shí)間,而且您不能比大爆炸更早地回到過去,就像您不能再向北離開北極一樣。
我們可以相當(dāng)精確地模擬自138億年前大爆炸以來宇宙的演化
正如理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在其1988年的《時(shí)間簡史》中指出的那樣,即使時(shí)間不是從大爆炸開始的,并且還有另一個(gè)時(shí)間范圍,從那個(gè)較早的時(shí)間范圍內(nèi)我們無法獲得任何信息,并且 屆時(shí)發(fā)生的任何事件都不會影響我們當(dāng)前的時(shí)間范圍。因此,大爆炸之前發(fā)生的任何假定事件都可以被認(rèn)為是毫無意義的(或者至少是哲學(xué)思辨的一部分,而不是物理學(xué))。
宇宙正在膨脹,所有的星系都在彼此越來越遠(yuǎn)地移動。事實(shí)上,我們現(xiàn)在知道,這種膨脹正在加速和加快(這主要是由于彌漫在宇宙中的神秘暗能量)。如果我們回放這種膨脹的“電影”,我們會發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移,宇宙會越來越小,直到最終整個(gè)宇宙的物質(zhì)和能量集中在大約138億年前的微觀點(diǎn)上 。
宇宙的過去、現(xiàn)在、未來模型
我們可以非常緊密地(至少直到很短的納秒或更短的時(shí)間)對這個(gè)過程進(jìn)行建模,物理學(xué)家已經(jīng)能夠?qū)⒂钪嫜莼械闹饕录M合在一起,從大爆炸后最微小的一秒開始:
我們的太陽正逐漸變得更大、更熱、更亮,地球可能在大約10億年后變得無法居住。在大約50億年后,我們的太陽預(yù)計(jì)將變成一顆紅巨星,之后它將逐漸縮小并冷卻成一顆小而密集的白矮星,并最終變成一顆黑暗、死亡的黑色矮星(大約100億年后)。然而,宇宙的其余部分將繼續(xù)其膨脹和進(jìn)化。
宇宙的幾種終極命運(yùn)
物理學(xué)中有幾個(gè)關(guān)于宇宙最終命運(yùn)的可能場景,取決于宇宙的整體形狀或幾何形狀(即它是平的、開放的還是封閉的),取決于它所包含多少暗能量(暗能量是一種不可見的、假設(shè)的形式)具有排斥反引力的能量,滲透到所有空間,這或許可以解釋最近觀察到宇宙似乎正在以加速速度膨脹的觀測結(jié)果,以及所謂的'狀態(tài)方程'(這基本上決定了暗能量對宇宙的膨脹有反應(yīng))。在我們能夠以任何確定性對宇宙的未來作出預(yù)測之前,可能需要在基礎(chǔ)物理學(xué)方面取得進(jìn)一步的進(jìn)展,但我們?nèi)匀豢梢匝芯靠赡苄浴?/p>
如果沒有暗能量的排斥作用,引力的影響最終將阻止宇宙的膨脹,并且它將開始收縮,直到宇宙中的所有物質(zhì)都坍塌到最后的奇點(diǎn),大爆炸的鏡像被稱為'大爆炸'緊縮'。這也提供了一個(gè)振蕩或循環(huán)宇宙,或'大反彈'的有趣的可能性,其中大擠壓由新宇宙的大爆炸繼承,等等,可能無限,對應(yīng)于時(shí)間的循環(huán)視圖。
宇宙膨脹的終極幾種模型
如果暗能量引起的宇宙膨脹的加速度無限制地增加,一個(gè)假設(shè)是暗能量最終可能變得如此強(qiáng)大,以至于它完全壓倒了引力、電磁和弱核力的影響。這將導(dǎo)致星系,恒星,甚至原子本身被撕裂,也被稱為“大撕裂”。在35到500億年的相對短的時(shí)間范圍內(nèi),我們所知的宇宙在怪異的引力作用下奇異性結(jié)束。因此,這個(gè)模型下的時(shí)間本質(zhì)上是有限的,而不是循環(huán)的或無限的。
然而,鑒于我們目前對暗能量效應(yīng)不斷增加的了解,最有可能的情況是,宇宙將繼續(xù)以指數(shù)級加速的速度永遠(yuǎn)膨脹,最終將空間變成一個(gè)近乎完美的真空,當(dāng)剩余的物質(zhì)能量變得越來越稀薄時(shí),這種情況被稱為'熱死亡'或'大凍結(jié)'。在10^14年(一百萬億)年或更長時(shí)間內(nèi),宇宙將在非常接近絕對零度的溫度下達(dá)到最大熵和熱平衡狀態(tài),在溫度非常接近絕對零度時(shí),宇宙變得太冷,無法維持任何種類的生命或運(yùn)動。剩下的就是燃燒的恒星,冰冷的死行星和黑洞最終.
黑洞蒸發(fā)
在難以想象的10^100年年之后,即使是黑洞也會蒸發(fā)掉,只留下隨機(jī)的孤立粒子漂浮在虛空中,幾乎沒有或根本沒有與其他粒子相互作用的可能。此模型的含義是,雖然時(shí)間在過去是有限的,但它在未來可能是無限的,盡管在這種情況下,實(shí)際上幾乎不可能進(jìn)行更改,但是時(shí)間的概念實(shí)際上變得毫無意義。
一個(gè)無限的、永恒的宇宙的問題是,即使是最不可能發(fā)生的事情最終也會發(fā)生(不僅會發(fā)生,而且會發(fā)生無數(shù)次)。在這種情況下,理論上每一個(gè)事件發(fā)生的可能性都是一樣的,這實(shí)際上破壞了所有局部實(shí)驗(yàn)概率預(yù)測的基礎(chǔ)。
隨時(shí)間不斷演變的空間
物理學(xué)家拉斐爾·布索和他的合作者認(rèn)為,解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是得出時(shí)間最終會結(jié)束的結(jié)論,他已經(jīng)著手計(jì)算在五種不同的截止措施下時(shí)間結(jié)束的概率。其中兩種情況下,時(shí)間有50%的機(jī)會在37億年內(nèi)結(jié)束;在另外兩種情況下,時(shí)間有50%的機(jī)會在33億年內(nèi)結(jié)束;在第五種(可能性小得多)情況下,時(shí)間尺度非常短,時(shí)間極有可能在下一秒內(nèi)結(jié)束。在這種假設(shè)的情況下,時(shí)間的結(jié)束被設(shè)想為類似于外部觀察者對落入黑洞的物質(zhì)系統(tǒng)的描述:一切都將逐漸減速,最終只是停止。
宇宙的另一種模型認(rèn)為,它只是整體多宇宙中可能無限數(shù)量的其他平行宇宙之一(這個(gè)詞實(shí)際上早在1895年由美國哲學(xué)家和心理學(xué)家威廉·詹姆斯(William James)創(chuàng)建)。這種情景實(shí)際上是由許多不同的物理理論,包括量子力學(xué),弦理論,膜理論等提出的,并且越來越被視為一種現(xiàn)實(shí)可能性,并且可以解決我們當(dāng)前理論中許多不一致和無法解釋的問題。也有人提出,通過人擇原理(正是人類的存在,才能解釋我們這個(gè)宇宙的種種特性,包括各個(gè)基本自然常數(shù)),解釋我們的宇宙,是如何為我們所知的生命而如此精細(xì)地調(diào)整。
平行宇宙可能存在于與我們自己的宇宙相同的維度空間中,但超出了我們的宇宙學(xué)視野;它們可能存在于黑洞內(nèi);它們可能存在于其他不可訪問的維度中;它們可能非常接近于我們自身,甚至被鎖定在內(nèi)部或疊加在其他維度上。其中一些平行宇宙甚至可能有完全不同的物理常數(shù)和物理定律。根據(jù)定義,盡管如此,我們只能體驗(yàn)自己的宇宙,而沒有(也永遠(yuǎn)不會)有能力看到其余的多元宇宙或與之互動(或?yàn)榇俗C明存在), 因此,它仍然是假設(shè)的。
當(dāng)然,這種宇宙對時(shí)間也有影響,也許認(rèn)為時(shí)間和時(shí)間之矢只是時(shí)間概念的局部部分。
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