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三联有文化, 《宇宙的最後三分鐘》:揭秘宇宙最終時刻,探尋智慧生命未來 (1)

《宇宙 的 最後 三分鐘 》:揭秘 宇宙 最終 時刻 ,探尋 智慧 生命 未來 (1)

忠实 传递 价值 解读 全球 好书 你好

今天 为 你 解读 的 书 是

宇宙 的 最后 三分钟

自古以来

宇宙 的 起源

始终 是 困扰 着 人类 的 一个 谜团

1965年 美国 物理学家

彭奇 亚斯 和 威尔逊

发现 了 宇宙 微波 背景 辐射

证实 了 宇宙 大 爆炸 的 余波

仍旧 能够 被 我们 观测 到

从此 宇宙 大 爆炸 理论 逐渐 被 大众 接受

在 时间 简史 这 本书 中

物理学家 霍金 提出

大 爆炸 发生 后

在 远 小于 一秒 的 时间 里

宇宙 的 半径 增大 了 100万亿 亿 亿倍

霍金的 观点

将 人类 对 宇宙 诞生 时刻 的 认识

又 往前 推进 了 一步

随着 对 宇宙 起源 的 了解 逐渐 深入

我们 对 宇宙 将 如何 结束

表现 出 越来越 强烈 的 好奇心

宇宙 会 持续增长

生生不息 还是 逐渐 衰败 走向 凋零

宇宙 的 终极命运 是 什么

他会 永远 消失 吗

到 那时 人类 的 命运 又 将 如何 呢

在 宇宙 的 最后 三分钟 里

作者 保罗

戴维斯

将 带领 我们 探索 宇宙 将 如何 走向 终结

这一 终极 命题

这 本书 由 11章 构成

大致 可以 分为 三个 部分

所 必须 的 宇宙学 和 物理学 的 相关 概念

介绍 了 几种 关于 宇宙

末日 图景 的 不同 观点

保罗 戴维斯 是 澳大利亚

阿德莱德 大学 的 教授

著名 物理学家 和 科普 大师

华盛顿 时报 称

他 为 大西洋 两岸 最好 的 科普 作家

这 本书 的 解读 将 围绕 着 两大 问题 展开

科学家 们 有 哪些 猜想

先 来说 第一个 问题

宇宙 的 命运 和 哪些因素 有关

其实 在 宇宙

主要 存在 着 两种 相反 的 运动 趋势

塌缩 和 膨胀

宇宙 的 命运

是 由 膨胀 和 他 缩 的 速度 来 决定 的

如果 膨胀 占 了 上风

那么 宇宙 将会 一直 膨胀 下去

反过来 如果 塌缩 最终 取得 了 优势

那么

宇宙 将 在 经历 了 一段时间 的 膨胀 后

转入 收缩 模式

最后 消失 在 一个 起点 里

为了 理解 这 一点

下面 让 我们 具体来说 说

影响 宇宙 膨胀 和 塌缩 的 因素

先 来说 说 宇宙 膨胀 是 怎么 一 回事

通过 探索 宇宙 的 过去 我们 可以 发现

迄今为止

宇宙

其实 处于 一个 不断 膨胀 的 过程 当中

有力 的 证据 是 星系 的 红移 现象

所谓 红移 就是 恒星 的 光普 向着 红光

也 就是 光波 频率 较 低 的 方向 移动

根据 多普勒 效应

当 物体 远离 观测者 时

他 发出 的 光谱 的 频率 将会 降低

也就是说

遥远 的 恒星 正在 远离 我们

宇宙 正在 膨胀

如果说 宇宙 在 膨胀

那么 他 在 过去

一定 是 处于 某种 压缩 状态

如果 我们 将 时间 倒 过来 播放

将会 看到 所有 的 星系 都 聚合 在 一起

从 目前 的 膨胀 速率 来 推算

宇宙空间 的 尺度 聚合 到0

需要 数十亿年 的 时间

也就是说

宇宙 大 爆炸 发生 在 数十亿年 之前

大 爆炸 是 空间

时间 物质 和 能量 的 起源

通过 进一步 的 研究

科学家 们 发现 宇宙 的 膨胀 不是 线性 的

宇宙 不是 匀速 壮大 的

在 最初 的 几分 之一 秒 内

宇宙 发生 了 爆炸

风暴 的 爆 膨胀 的 胀 也 就是 指数 级 的

高速 膨胀

这 可能 是 反 引力 造成 的 结果

所谓 反 引力

是 一种

假想 的 与 万有引力 相反 的 排斥力

一些 研究 理论 表明

在 宇宙 早期 极端 的 温度 和 密度 条件 下

反 引力 是 有 可能 存在 的

如果 爆炸 理论 是 正确 的

那么 宇宙 仅仅 只花 了 3分钟

就 生成 了 大多数 的 物质

物质 慢慢 聚集 成为 恒星 和 星系

太阳 就是 其中 的 一颗 恒星

既然 宇宙 一直 在 膨胀

那么

又 是 什么 因素 导致 了 他 缩 的 趋势 呢

是 无处不在 的 万有引力

接下来 让 我们 用 超新星 作为 例子

来看 一下 引力 的 威力

首先 是 引力

让 恒星 成为 我们 现在 看到 的 样子

恒星 的 内部 持续 不断 的 发生 着 核聚变

反应 反应 的 产物 是 一种 压缩 气体

这种 压缩 气体 产生

向外 膨胀 的 强大 压力

持续 抵抗 着 恒星 外壳 向 内 的 万有引力

构成 了 微妙 的 平衡 状态

从而 避免 了 恒星 的 崩塌

其次 还是 引力 将 恒星 引向 末日

随着 核燃料 的 消耗

恒星 的 内部 区域 将 不再 产生 热量

于是 引力 将 逐渐 占据 上风

恒星 将 在 万有引力 的 作用 下 急速 收缩

直至 原子核 都 被 压碎

在 这个 密度 下

一个 乒乓球 大小 的 体积

就 能 容纳 接近 万亿吨 的 物质

当 引力 达到 极致 就 会 面临 一场 爆发

引力 塌缩 过程 中 释放出

强大 的 引力 势能

形成 一股 巨大 的 冲击波

同时 发射 出 大量 的 中微子 脉冲

中微子 是 一种 基本粒子

不 带电 质量 极小

接下来 恒星 将会 以

100亿颗 太阳 的 亮度 持续 发光 数周

这 就是 超新星 爆发

超新星 爆发 不会 完全 摧毁 恒星

恒星 的 内核 仍会 保留 下来

如 恒星 内核 的 质量 太小

比如说 接近 于 一个 太阳 的 质量

那么 他 将 会 变成 一颗 中子星

如果 内核 质量 再大 一些

他 就 会 继续 塌缩

并 最终 消失 在 一个 黑洞 之中

这 就是 恒星 的 末日

老年期 的 恒星 在 爆发 时所 产生 的 气体

会 成为 诞生 新一代 恒星 的 原始 物质

但是 在 这个 过程 中

产生 的 中子星 或者 黑洞

将 无法 继续 被 循环 利用

就 像 一颗 洋葱 被 一层层 剥开

恒星 中 可用 的 物质 将会 越来越少

直至 完全 耗尽

随着 恒星 逐渐 熄灭

光明 的 时代 将会 永远 结束

随之而来 的 是 永恒 的 黑夜

黑洞 里 的 引力 非常 强大

强大 到 连 光子 都 无法 逃脱

当 最后 只 剩下 中子星 和 黑洞 时

两个 中子星 合并

可能 会 产生 一个 更大 的 中子星

或者 黑洞

而 一个 中子星 和 一个 黑洞

或者 两个 黑洞 合并 时

必然 会 产生 一个 黑洞

我们 已经 看到

万有引力

正是 终结 恒星 生命 的 罪魁祸首

当 我们 把 视野 拓展 到 恒星 和 黑洞 之外

考虑 将 引力 作用 于 整个 宇宙 时

将会 获得 关于 宇宙 最终 命运 的 启示

宇宙 最终 是 膨胀 结局 还是 他缩 结局

这 取决于 膨胀 速度

和 宇宙 总 引力 的 大小

根据 大 爆炸 理论

如果 宇宙 的 膨胀 速度 足够 大

那么 膨胀 就 会 克服 引力 的 作用

永远 持续 下去

而 如果 膨胀 速度 太慢

那么 引力 将 最终 占据 上风

膨胀 将会 停止

宇宙 就 会 开始 塌缩

宇宙 的 终极 灾难 将会 随之 发生

那 我们 就 来看

看 宇宙 膨胀 速度 和 宇宙 总 引力

应该 如何 计算

简单 来说

宇宙 的 膨胀 速度 可以 通过观察

红移 现象 得出

而 根据 万有引力 定律

宇宙 总 引力 的 大小 取决于

宇宙 的 总 质量

如果 我们 能够 称 出 宇宙 总 质量 的 大小

那么 就 可以 估算 出 总 引力 的 大小 了

不过

测算 宇宙 的 总 质量 是 一项 艰难 的 任务

有些 科学家 认为

我们 可以 通过 测量 太阳 的 质量

来 推导 宇宙 的 质量

如果 我们 将 太阳 质量

当做 恒星 的 平均 质量

那么

通过 观测 太阳 对 行星 轨道 的 引力 效应

就 可以 测量 出 太阳 的 质量

然后 进一步 估测 宇宙 中 恒星 的 总数

再 乘以 太阳 质量

就 可以 估算 出 整个 宇宙 的 质量 大小

约 为 10的 48次方 吨

这样 算下来

宇宙 的 总 引力 其实 并不大

无法 与 膨胀 效应 抗衡

于是 我们 似乎 可以 得出 一个 结论

如果 宇宙 的 质量 仅 由 恒星 决定

那么 宇宙 将会 永远 膨胀 下去

不过 这样 估算 其实 并 不合理

因为 宇宙 中

还 存在 着 许多 看不见 的 天体

比如 暗星

行星 黑洞 等等

而且 宇宙 中 还有 数不清 的 尘埃 和 气体

再 加上 宇宙 大 爆炸 时 产生 的 大量

中微子 和 弱 相互作用

大 质量 粒子

宇宙 的 真正 质量

要 比 我们 刚才 的 估计 大得多

通过 对 银河系 恒星 运动 速度 的 观察

科学家 们 认为

在 银河系 中 存在 着 很多 暗物质

所谓 暗物质

是 理论 上 存在 于 宇宙 中 的 一种

不 可见 的 物质

它 可能 是 宇宙 物质 的 主要 组成部分

但 又 不 属于 构成 可见 天体 的 任何 一种

已知 的 物质

对 星系团 内 星系 运动 的 研究 也 证明

大量 暗物质 的 存在 影响 着 星系 的 运动

应该 如何 来 估算 暗物质 的 质量 呢

爱因斯坦 的 广义 相对论 预言

由于 时空 在 大 质量 天体 附近

会 发生 疾变

使得 光线 经过 大 质量 天体 附近 时

发生 弯曲

如果 在 观测者

到 光源 的 直线 上 有 一个 大 质量 的 天体

那么 由于 光线 弯曲

观测者 会 看到 一个 或者 多个 相

这种 现象 被 称为 引力 透镜 效应

通过 引力 透镜 效应

天文学家 们 可以 通过 恒星 亮度 的 变化

间接 的 观测 到 暗 天体 的 存在

不过

不同 天文学家 估算 的 暗物质 的 总量

各不相同

范围 在 星际 可见 物质 总 质量 的

10倍 到 100倍 之间

那么 关键问题 来 了

是否 存在 有 足够 多 的 暗物质

来 阻止 宇宙 的 持续 膨胀 呢

不巧 的 是

恰好

能够 阻止 宇宙 继续 膨胀 下去 的 最

小 质量

也 刚好 处于 星际 可见 物质 总 质量 的

10倍 到 100倍 之间 的 这个 范围

所以 我 目前

无法 比较

宇宙 的 质量 和 这个 临界 质量 的 大小

也 就 无法 确定

宇宙 是否 会 永远 膨胀 下去

总结 一下

宇宙 起源于 一场 大 爆炸

此后 就 一直 在 膨胀 之中

或许 会 一直 膨胀 下去

而 在 宇宙 诞生 的 星系 之中

部分 恒星 会 演化 为 引力 极大 的 黑洞

所以 另 一种 可能 的 情况 是

当 宇宙 中 物质 的 质量 足够 大时

各物 之间

相互 牵引 的 引力 将 制约 宇宙 的 膨胀

宇宙 或许 将 在 引力 的 影响 之下

走向 他缩

现在 回 了 我们 的 第二个 问题

关于 宇宙 的 命运

科学家 们 有 哪些 猜想 呢

基于 不同 的 假设

戴维斯 教授 为 我们 描绘 了

宇宙 最后 三分钟 的 不同 途径

接下来 就 讲讲 持续 膨胀

塌缩 和 反弹 这 三种 可能性

在 宇宙 膨胀 的 过程 中

引力 将会 与 宇宙 展开 一场 旷日

持久 的 拉锯战

膨胀

宇宙 试图 将 天体 之间 的 距离 不断 撑大

而 引力 则 会 与 之 相反

试图 将 各个 天体 聚拢 到 一块

结果 将 是 一场 妥协

星系团 仍 将 受到 引力 的 束缚

而 集中 在 一起

但 各个 星系 之间 的 距离 将会 越来越 远

引力 他 所 所 产生 的 能量 辐射

随着 时间 的 流逝

将会 逐渐 消耗 恒星 的 能量

于是 死亡 的 恒星

将会 靠近 其他 死亡 的 恒星 或者 黑洞

从而 开启 一场 大规模 的 吞噬

与 合并 的 盛宴

以 我们 的 太阳系 为例

在 引力 的 作用 下

1万亿 亿年 以后

太阳 围绕 银河系 中心 运动 的 轨道

将会 被 完全 破坏

而 太阳 的 残骸

将会 慢慢 滑入 银河系 的 中心

在 那里 一个 巨大 的 黑洞 正等待 着 他

初开 黑洞

宇宙 中 还 会 有 一些 物质 继续 存在

比如 中子星 独自 漫游 的 行星

还有 各种 稀薄 气体 和 尘埃

那么 这些 东西 会 永远 幸存 下去 吗

先 来 看看 组成 一切 物质 的 基本粒子

质子 不同 的 理论

推测 出 的 质子 寿命 是 不同 的

根据 其中 一个 理论

质子 发生 衰变 的 平均 时间 是

10的 28次方 年

这比 目前 所知 的 宇宙 年龄

还长 了 100亿倍

不过

这里 说 的 10的 28次方 是 预测 的 平均寿命

如果 有 足够 多 的 质

子 其中 一个

就 有 可能 在 你 眼皮底下 发生 衰变

如果 质子 确实 会 发生 衰变

那么 总有一天

所有 的 质子 都 会 消失 不见

除开 质子

中子 同样 也 无法 幸免

只要 时间 足够 长

白矮星 岩石 尘埃

彗星

气体云 以及 所有 其他 天体 都 会 消亡

因此 我们 目前 能 观测 到 的

多达 10的 48次方 吨 的 普通 物质

注定 要么 消失 在 黑洞 中

要么 消失 在 缓慢 的 质子 和 中子 衰变 中

或许 会 有 一些 衰变产物 留下

孤立 的 电子 和 正电子

还有 两者 湮灭 后 的 产物 光子


《宇宙 的 最後 三分鐘 》:揭秘 宇宙 最終 時刻 ,探尋 智慧 生命 未來 (1) Die letzten drei Minuten des Universums: Die Entdeckung des letzten Augenblicks des Universums und die Erforschung der Zukunft des intelligenten Lebens (1) "The Last Three Minutes of the Universe": Uncover the final moment of the universe and explore the future of intelligent life (1) Los tres últimos minutos del Universo: Descubrir los momentos finales del Universo y explorar el futuro de la vida inteligente (1) 宇宙最後の3分間:宇宙の最後の瞬間を解き明かし、知的生命体の未来を探る(上)

忠实 传递 价值 解读 全球 好书 你好 Faithful delivery of value Interpretation of the world's best book Hello 忠實傳遞價值解讀全球好書你好

今天 为 你 解读 的 书 是 The book I read for you today is 今天為你解讀的書是

宇宙 的 最后 三分钟 The last three minutes of the universe 宇宙的最后三分鐘

自古以来 since ancient times 自古以來

宇宙 的 起源 origin of the universe 宇宙的起源

始终 是 困扰 着 人类 的 一个 谜团 Always a mystery that haunts mankind 始終是困擾著人類的一個謎團

1965年 美国 物理学家 1965 American physicist 1965年美國物理學家

彭奇 亚斯 和 威尔逊 penzias and wilson 彭奇亞斯和威爾遜

发现 了 宇宙 微波 背景 辐射 Cosmic microwave background radiation discovered 發現了宇宙微波背景輻射

证实 了 宇宙 大 爆炸 的 余波 Confirmed the aftermath of the Big Bang 證實了宇宙大爆炸的余波

仍旧 能够 被 我们 观测 到 can still be observed by us 仍舊能夠被我們觀測到

从此 宇宙 大 爆炸 理论 逐渐 被 大众 接受 Since then, the Big Bang Theory has gradually been accepted by the public 從此宇宙大爆炸理論逐漸被大眾接受

在 时间 简史 这 本书 中 In the book A Brief History of Time 在時間簡史這本書中

物理学家 霍金 提出 Physicist Hawking proposed 物理學家霍金提出

大 爆炸 发生 后 大爆炸發生后

在 远 小于 一秒 的 时间 里 in less than a second 在遠小于一秒的時間里

宇宙 的 半径 增大 了 100万亿 亿 亿倍 The radius of the universe has increased by a factor of 100 trillion quadrillion 宇宙的半徑增大了100萬億億億倍

霍金的 观点 Hawking's point of view 霍金的觀點

将 人类 对 宇宙 诞生 时刻 的 认识 The human understanding of the moment when the universe was born 將人類對宇宙誕生時刻的認識

又 往前 推进 了 一步 one step further 又往前推進了一步

随着 对 宇宙 起源 的 了解 逐渐 深入 As the understanding of the origin of the universe deepens 隨著對宇宙起源的了解逐漸深入

我们 对 宇宙 将 如何 结束 How our universe will end 我們對宇宙將如何結束

表现 出 越来越 强烈 的 好奇心 show increasing curiosity 表現出越來越強烈的好奇心

宇宙 会 持续增长 The universe will continue to grow 宇宙會持續增長

生生不息 还是 逐渐 衰败 走向 凋零 Perpetually prospering or gradually decaying towards withering 生生不息還是逐漸衰敗走向凋零

宇宙 的 终极命运 是 什么 What is the ultimate destiny of the universe 宇宙的終極命運是什么

他会 永远 消失 吗 他會永遠消失嗎

到 那时 人类 的 命运 又 将 如何 呢 到那時人類的命運又將如何呢

在 宇宙 的 最后 三分钟 里 在宇宙的最后三分鐘里

作者 保罗 作者保羅

戴维斯 戴維斯

将 带领 我们 探索 宇宙 将 如何 走向 终结 將帶領我們探索宇宙將如何走向終結

这一 终极 命题 這一終極命題

这 本书 由 11章 构成 這本書由11章構成

大致 可以 分为 三个 部分 大致可以分為三個部分

所 必须 的 宇宙学 和 物理学 的 相关 概念 所必須的宇宙學和物理學的相關概念

介绍 了 几种 关于 宇宙 介紹了幾種關于宇宙

末日 图景 的 不同 观点 末日圖景的不同觀點

保罗 戴维斯 是 澳大利亚 保羅戴維斯是澳大利亞

阿德莱德 大学 的 教授 阿德萊德大學的教授

著名 物理学家 和 科普 大师 著名物理學家和科普大師

华盛顿 时报 称 華盛頓時報稱

他 为 大西洋 两岸 最好 的 科普 作家 他為大西洋兩岸最好的科普作家

这 本书 的 解读 将 围绕 着 两大 问题 展开 這本書的解讀將圍繞著兩大問題展開

科学家 们 有 哪些 猜想 科學家們有哪些猜想

先 来说 第一个 问题 先來說第一個問題

宇宙 的 命运 和 哪些因素 有关 宇宙的命運和哪些因素有關

其实 在 宇宙 其實在宇宙

主要 存在 着 两种 相反 的 运动 趋势 主要存在著兩種相反的運動趨勢

塌缩 和 膨胀 塌縮和膨脹

宇宙 的 命运 宇宙的命運

是 由 膨胀 和 他 缩 的 速度 来 决定 的 是由膨脹和他縮的速度來決定的

如果 膨胀 占 了 上风 如果膨脹占了上風

那么 宇宙 将会 一直 膨胀 下去 那么宇宙將會一直膨脹下去

反过来 如果 塌缩 最终 取得 了 优势 反過來如果塌縮最終取得了優勢

那么 那么

宇宙 将 在 经历 了 一段时间 的 膨胀 后 宇宙將在經歷了一段時間的膨脹后

转入 收缩 模式 轉入收縮模式

最后 消失 在 一个 起点 里 最后消失在一個起點里

为了 理解 这 一点 為了理解這一點

下面 让 我们 具体来说 说 下面讓我們具體來說說

影响 宇宙 膨胀 和 塌缩 的 因素 影響宇宙膨脹和塌縮的因素

先 来说 说 宇宙 膨胀 是 怎么 一 回事 先來說說宇宙膨脹是怎么一回事

通过 探索 宇宙 的 过去 我们 可以 发现 通過探索宇宙的過去我們可以發現

迄今为止 迄今為止

宇宙 宇宙

其实 处于 一个 不断 膨胀 的 过程 当中 其實處于一個不斷膨脹的過程當中

有力 的 证据 是 星系 的 红移 现象 有力的證據是星系的紅移現象

所谓 红移 就是 恒星 的 光普 向着 红光 所謂紅移就是恒星的光普向著紅光

也 就是 光波 频率 较 低 的 方向 移动 也就是光波頻率較低的方向移動

根据 多普勒 效应 根據多普勒效應

当 物体 远离 观测者 时 當物體遠離觀測者時

他 发出 的 光谱 的 频率 将会 降低 他發出的光譜的頻率將會降低

也就是说 也就是說

遥远 的 恒星 正在 远离 我们 遙遠的恒星正在遠離我們

宇宙 正在 膨胀 宇宙正在膨脹

如果说 宇宙 在 膨胀 如果說宇宙在膨脹

那么 他 在 过去 那么他在過去

一定 是 处于 某种 压缩 状态 一定是處于某種壓縮狀態

如果 我们 将 时间 倒 过来 播放 如果我們將時間倒過來播放

将会 看到 所有 的 星系 都 聚合 在 一起 將會看到所有的星系都聚合在一起

从 目前 的 膨胀 速率 来 推算 從目前的膨脹速率來推算

宇宙空间 的 尺度 聚合 到0 宇宙空間的尺度聚合到0

需要 数十亿年 的 时间 需要數十億年的時間

也就是说 也就是說

宇宙 大 爆炸 发生 在 数十亿年 之前 宇宙大爆炸發生在數十億年之前

大 爆炸 是 空间 大爆炸是空間

时间 物质 和 能量 的 起源 時間物質和能量的起源

通过 进一步 的 研究 通過進一步的研究

科学家 们 发现 宇宙 的 膨胀 不是 线性 的 科學家們發現宇宙的膨脹不是線性的

宇宙 不是 匀速 壮大 的 宇宙不是勻速壯大的

在 最初 的 几分 之一 秒 内 在最初的幾分之一秒內

宇宙 发生 了 爆炸 宇宙發生了爆炸

风暴 的 爆 膨胀 的 胀 也 就是 指数 级 的 風暴的爆膨脹的脹也就是指數級的

高速 膨胀 高速膨脹

这 可能 是 反 引力 造成 的 结果 這可能是反引力造成的結果

所谓 反 引力 所謂反引力

是 一种 是一種

假想 的 与 万有引力 相反 的 排斥力 假想的與萬有引力相反的排斥力

一些 研究 理论 表明 一些研究理論表明

在 宇宙 早期 极端 的 温度 和 密度 条件 下 在宇宙早期極端的溫度和密度條件下

反 引力 是 有 可能 存在 的 反引力是有可能存在的

如果 爆炸 理论 是 正确 的 如果爆炸理論是正確的

那么 宇宙 仅仅 只花 了 3分钟 那么宇宙僅僅只花了3分鐘

就 生成 了 大多数 的 物质 就生成了大多數的物質

物质 慢慢 聚集 成为 恒星 和 星系 物質慢慢聚集成為恒星和星系

太阳 就是 其中 的 一颗 恒星 太陽就是其中的一顆恒星

既然 宇宙 一直 在 膨胀 既然宇宙一直在膨脹

那么 那么

又 是 什么 因素 导致 了 他 缩 的 趋势 呢 又是什么因素導致了他縮的趨勢呢

是 无处不在 的 万有引力 是無處不在的萬有引力

接下来 让 我们 用 超新星 作为 例子 接下來讓我們用超新星作為例子

来看 一下 引力 的 威力 來看一下引力的威力

首先 是 引力 首先是引力

让 恒星 成为 我们 现在 看到 的 样子 讓恒星成為我們現在看到的樣子

恒星 的 内部 持续 不断 的 发生 着 核聚变 恒星的內部持續不斷的發生著核聚變

反应 反应 的 产物 是 一种 压缩 气体 反應反應的產物是一種壓縮氣體

这种 压缩 气体 产生 這種壓縮氣體產生

向外 膨胀 的 强大 压力 向外膨脹的強大壓力

持续 抵抗 着 恒星 外壳 向 内 的 万有引力 持續抵抗著恒星外殼向內的萬有引力

构成 了 微妙 的 平衡 状态 構成了微妙的平衡狀態

从而 避免 了 恒星 的 崩塌 從而避免了恒星的崩塌

其次 还是 引力 将 恒星 引向 末日 其次還是引力將恒星引向末日

随着 核燃料 的 消耗 隨著核燃料的消耗

恒星 的 内部 区域 将 不再 产生 热量 恒星的內部區域將不再產生熱量

于是 引力 将 逐渐 占据 上风 于是引力將逐漸占據上風

恒星 将 在 万有引力 的 作用 下 急速 收缩 恒星將在萬有引力的作用下急速收縮

直至 原子核 都 被 压碎 直至原子核都被壓碎

在 这个 密度 下 在這個密度下

一个 乒乓球 大小 的 体积 一個乒乓球大小的體積

就 能 容纳 接近 万亿吨 的 物质 就能容納接近萬億噸的物質

当 引力 达到 极致 就 会 面临 一场 爆发 當引力達到極致就會面臨一場爆發

引力 塌缩 过程 中 释放出 引力塌縮過程中釋放出

强大 的 引力 势能 強大的引力勢能

形成 一股 巨大 的 冲击波 形成一股巨大的沖擊波

同时 发射 出 大量 的 中微子 脉冲 同時發射出大量的中微子脈沖

中微子 是 一种 基本粒子 中微子是一種基本粒子

不 带电 质量 极小 不帶電質量極小

接下来 恒星 将会 以 接下來恒星將會以

100亿颗 太阳 的 亮度 持续 发光 数周 100億顆太陽的亮度持續發光數周

这 就是 超新星 爆发 這就是超新星爆發

超新星 爆发 不会 完全 摧毁 恒星 超新星爆發不會完全摧毀恒星

恒星 的 内核 仍会 保留 下来 恒星的內核仍會保留下來

如 恒星 内核 的 质量 太小 如恒星內核的質量太小

比如说 接近 于 一个 太阳 的 质量 比如說接近于一個太陽的質量

那么 他 将 会 变成 一颗 中子星 那么他將會變成一顆中子星

如果 内核 质量 再大 一些 如果內核質量再大一些

他 就 会 继续 塌缩 他就會繼續塌縮

并 最终 消失 在 一个 黑洞 之中 并最終消失在一個黑洞之中

这 就是 恒星 的 末日 這就是恒星的末日

老年期 的 恒星 在 爆发 时所 产生 的 气体 老年期的恒星在爆發時所產生的氣體

会 成为 诞生 新一代 恒星 的 原始 物质 會成為誕生新一代恒星的原始物質

但是 在 这个 过程 中 但是在這個過程中

产生 的 中子星 或者 黑洞 產生的中子星或者黑洞

将 无法 继续 被 循环 利用 將無法繼續被循環利用

就 像 一颗 洋葱 被 一层层 剥开 就像一顆洋蔥被一層層剝開

恒星 中 可用 的 物质 将会 越来越少 恒星中可用的物質將會越來越少

直至 完全 耗尽 直至完全耗盡

随着 恒星 逐渐 熄灭 隨著恒星逐漸熄滅

光明 的 时代 将会 永远 结束 光明的時代將會永遠結束

随之而来 的 是 永恒 的 黑夜 隨之而來的是永恒的黑夜

黑洞 里 的 引力 非常 强大 黑洞里的引力非常強大

强大 到 连 光子 都 无法 逃脱 強大到連光子都無法逃脫

当 最后 只 剩下 中子星 和 黑洞 时 當最后只剩下中子星和黑洞時

两个 中子星 合并 兩個中子星合并

可能 会 产生 一个 更大 的 中子星 可能會產生一個更大的中子星

或者 黑洞 或者黑洞

而 一个 中子星 和 一个 黑洞 而一個中子星和一個黑洞

或者 两个 黑洞 合并 时 或者兩個黑洞合并時

必然 会 产生 一个 黑洞 必然會產生一個黑洞

我们 已经 看到 我們已經看到

万有引力 萬有引力

正是 终结 恒星 生命 的 罪魁祸首 正是終結恒星生命的罪魁禍首

当 我们 把 视野 拓展 到 恒星 和 黑洞 之外 當我們把視野拓展到恒星和黑洞之外

考虑 将 引力 作用 于 整个 宇宙 时 考慮將引力作用于整個宇宙時

将会 获得 关于 宇宙 最终 命运 的 启示 將會獲得關于宇宙最終命運的啟示

宇宙 最终 是 膨胀 结局 还是 他缩 结局 宇宙最終是膨脹結局還是他縮結局

这 取决于 膨胀 速度 這取決于膨脹速度

和 宇宙 总 引力 的 大小 和宇宙總引力的大小

根据 大 爆炸 理论 根據大爆炸理論

如果 宇宙 的 膨胀 速度 足够 大 如果宇宙的膨脹速度足夠大

那么 膨胀 就 会 克服 引力 的 作用 那么膨脹就會克服引力的作用

永远 持续 下去 永遠持續下去

而 如果 膨胀 速度 太慢 而如果膨脹速度太慢

那么 引力 将 最终 占据 上风 那么引力將最終占據上風

膨胀 将会 停止 膨脹將會停止

宇宙 就 会 开始 塌缩 宇宙就會開始塌縮

宇宙 的 终极 灾难 将会 随之 发生 宇宙的終極災難將會隨之發生

那 我们 就 来看 那我們就來看

看 宇宙 膨胀 速度 和 宇宙 总 引力 看宇宙膨脹速度和宇宙總引力

应该 如何 计算 應該如何計算

简单 来说 簡單來說

宇宙 的 膨胀 速度 可以 通过观察 宇宙的膨脹速度可以通過觀察

红移 现象 得出 紅移現象得出

而 根据 万有引力 定律 而根據萬有引力定律

宇宙 总 引力 的 大小 取决于 宇宙總引力的大小取決于

宇宙 的 总 质量 宇宙的總質量

如果 我们 能够 称 出 宇宙 总 质量 的 大小 如果我們能夠稱出宇宙總質量的大小

那么 就 可以 估算 出 总 引力 的 大小 了 那么就可以估算出總引力的大小了

不过 不過

测算 宇宙 的 总 质量 是 一项 艰难 的 任务 測算宇宙的總質量是一項艱難的任務

有些 科学家 认为 有些科學家認為

我们 可以 通过 测量 太阳 的 质量 我們可以通過測量太陽的質量

来 推导 宇宙 的 质量 來推導宇宙的質量

如果 我们 将 太阳 质量 如果我們將太陽質量

当做 恒星 的 平均 质量 當做恒星的平均質量

那么 那么

通过 观测 太阳 对 行星 轨道 的 引力 效应 通過觀測太陽對行星軌道的引力效應

就 可以 测量 出 太阳 的 质量 就可以測量出太陽的質量

然后 进一步 估测 宇宙 中 恒星 的 总数 然后進一步估測宇宙中恒星的總數

再 乘以 太阳 质量 再乘以太陽質量

就 可以 估算 出 整个 宇宙 的 质量 大小 就可以估算出整個宇宙的質量大小

约 为 10的 48次方 吨 約為10的48次方噸

这样 算下来 這樣算下來

宇宙 的 总 引力 其实 并不大 宇宙的總引力其實并不大

无法 与 膨胀 效应 抗衡 無法與膨脹效應抗衡

于是 我们 似乎 可以 得出 一个 结论 于是我們似乎可以得出一個結論

如果 宇宙 的 质量 仅 由 恒星 决定 如果宇宙的質量僅由恒星決定

那么 宇宙 将会 永远 膨胀 下去 那么宇宙將會永遠膨脹下去

不过 这样 估算 其实 并 不合理 不過這樣估算其實并不合理

因为 宇宙 中 因為宇宙中

还 存在 着 许多 看不见 的 天体 還存在著許多看不見的天體

比如 暗星 比如暗星

行星 黑洞 等等 行星黑洞等等

而且 宇宙 中 还有 数不清 的 尘埃 和 气体 而且宇宙中還有數不清的塵埃和氣體

再 加上 宇宙 大 爆炸 时 产生 的 大量 再加上宇宙大爆炸時產生的大量

中微子 和 弱 相互作用 中微子和弱相互作用

大 质量 粒子 大質量粒子

宇宙 的 真正 质量 宇宙的真正質量

要 比 我们 刚才 的 估计 大得多 要比我們剛才的估計大得多

通过 对 银河系 恒星 运动 速度 的 观察 通過對銀河系恒星運動速度的觀察

科学家 们 认为 科學家們認為

在 银河系 中 存在 着 很多 暗物质 在銀河系中存在著很多暗物質

所谓 暗物质 所謂暗物質

是 理论 上 存在 于 宇宙 中 的 一种 是理論上存在于宇宙中的一種

不 可见 的 物质 不可見的物質

它 可能 是 宇宙 物质 的 主要 组成部分 它可能是宇宙物質的主要組成部分

但 又 不 属于 构成 可见 天体 的 任何 一种 但又不屬于構成可見天體的任何一種

已知 的 物质 已知的物質

对 星系团 内 星系 运动 的 研究 也 证明 對星系團內星系運動的研究也證明

大量 暗物质 的 存在 影响 着 星系 的 运动 大量暗物質的存在影響著星系的運動

应该 如何 来 估算 暗物质 的 质量 呢 應該如何來估算暗物質的質量呢

爱因斯坦 的 广义 相对论 预言 愛因斯坦的廣義相對論預言

由于 时空 在 大 质量 天体 附近 由于時空在大質量天體附近

会 发生 疾变 會發生疾變

使得 光线 经过 大 质量 天体 附近 时 使得光線經過大質量天體附近時

发生 弯曲 發生彎曲

如果 在 观测者 如果在觀測者

到 光源 的 直线 上 有 一个 大 质量 的 天体 到光源的直線上有一個大質量的天體

那么 由于 光线 弯曲 那么由于光線彎曲

观测者 会 看到 一个 或者 多个 相 觀測者會看到一個或者多個相

这种 现象 被 称为 引力 透镜 效应 這種現象被稱為引力透鏡效應

通过 引力 透镜 效应 通過引力透鏡效應

天文学家 们 可以 通过 恒星 亮度 的 变化 天文學家們可以通過恒星亮度的變化

间接 的 观测 到 暗 天体 的 存在 間接的觀測到暗天體的存在

不过 不過

不同 天文学家 估算 的 暗物质 的 总量 不同天文學家估算的暗物質的總量

各不相同 各不相同

范围 在 星际 可见 物质 总 质量 的 范圍在星際可見物質總質量的

10倍 到 100倍 之间 10倍到100倍之間

那么 关键问题 来 了 那么關鍵問題來了

是否 存在 有 足够 多 的 暗物质 是否存在有足夠多的暗物質

来 阻止 宇宙 的 持续 膨胀 呢 來阻止宇宙的持續膨脹呢

不巧 的 是 不巧的是

恰好 恰好

能够 阻止 宇宙 继续 膨胀 下去 的 最 能夠阻止宇宙繼續膨脹下去的最

小 质量 小質量

也 刚好 处于 星际 可见 物质 总 质量 的 也剛好處于星際可見物質總質量的

10倍 到 100倍 之间 的 这个 范围 10倍到100倍之間的這個范圍

所以 我 目前 所以我目前

无法 比较 無法比較

宇宙 的 质量 和 这个 临界 质量 的 大小 宇宙的質量和這個臨界質量的大小

也 就 无法 确定 也就無法確定

宇宙 是否 会 永远 膨胀 下去 宇宙是否會永遠膨脹下去

总结 一下 總結一下

宇宙 起源于 一场 大 爆炸 宇宙起源于一場大爆炸

此后 就 一直 在 膨胀 之中 此后就一直在膨脹之中

或许 会 一直 膨胀 下去 或許會一直膨脹下去

而 在 宇宙 诞生 的 星系 之中 而在宇宙誕生的星系之中

部分 恒星 会 演化 为 引力 极大 的 黑洞 部分恒星會演化為引力極大的黑洞

所以 另 一种 可能 的 情况 是 所以另一種可能的情況是

当 宇宙 中 物质 的 质量 足够 大时 當宇宙中物質的質量足夠大時

各物 之间 各物之間

相互 牵引 的 引力 将 制约 宇宙 的 膨胀 相互牽引的引力將制約宇宙的膨脹

宇宙 或许 将 在 引力 的 影响 之下 宇宙或許將在引力的影響之下

走向 他缩 走向他縮

现在 回 了 我们 的 第二个 问题 現在回了我們的第二個問題

关于 宇宙 的 命运 關于宇宙的命運

科学家 们 有 哪些 猜想 呢 科學家們有哪些猜想呢

基于 不同 的 假设 基于不同的假設

戴维斯 教授 为 我们 描绘 了 戴維斯教授為我們描繪了

宇宙 最后 三分钟 的 不同 途径 宇宙最后三分鐘的不同途徑

接下来 就 讲讲 持续 膨胀 接下來就講講持續膨脹

塌缩 和 反弹 这 三种 可能性 塌縮和反彈這三種可能性

在 宇宙 膨胀 的 过程 中 在宇宙膨脹的過程中

引力 将会 与 宇宙 展开 一场 旷日 引力將會與宇宙展開一場曠日

持久 的 拉锯战 持久的拉鋸戰

膨胀 膨脹

宇宙 试图 将 天体 之间 的 距离 不断 撑大 宇宙試圖將天體之間的距離不斷撐大

而 引力 则 会 与 之 相反 而引力則會與之相反

试图 将 各个 天体 聚拢 到 一块 試圖將各個天體聚攏到一塊

结果 将 是 一场 妥协 結果將是一場妥協

星系团 仍 将 受到 引力 的 束缚 星系團仍將受到引力的束縛

而 集中 在 一起 而集中在一起

但 各个 星系 之间 的 距离 将会 越来越 远 但各個星系之間的距離將會越來越遠

引力 他 所 所 产生 的 能量 辐射 引力他所所產生的能量輻射

随着 时间 的 流逝 隨著時間的流逝

将会 逐渐 消耗 恒星 的 能量 將會逐漸消耗恒星的能量

于是 死亡 的 恒星 于是死亡的恒星

将会 靠近 其他 死亡 的 恒星 或者 黑洞 將會靠近其他死亡的恒星或者黑洞

从而 开启 一场 大规模 的 吞噬 從而開啟一場大規模的吞噬

与 合并 的 盛宴 與合并的盛宴

以 我们 的 太阳系 为例 以我們的太陽系為例

在 引力 的 作用 下 在引力的作用下

1万亿 亿年 以后 1萬億億年以后

太阳 围绕 银河系 中心 运动 的 轨道 太陽圍繞銀河系中心運動的軌道

将会 被 完全 破坏 將會被完全破壞

而 太阳 的 残骸 而太陽的殘骸

将会 慢慢 滑入 银河系 的 中心 將會慢慢滑入銀河系的中心

在 那里 一个 巨大 的 黑洞 正等待 着 他 在那里一個巨大的黑洞正等待著他

初开 黑洞 初開黑洞

宇宙 中 还 会 有 一些 物质 继续 存在 宇宙中還會有一些物質繼續存在

比如 中子星 独自 漫游 的 行星 比如中子星獨自漫游的行星

还有 各种 稀薄 气体 和 尘埃 還有各種稀薄氣體和塵埃

那么 这些 东西 会 永远 幸存 下去 吗 那么這些東西會永遠幸存下去嗎

先 来 看看 组成 一切 物质 的 基本粒子 先來看看組成一切物質的基本粒子

质子 不同 的 理论 質子不同的理論

推测 出 的 质子 寿命 是 不同 的 推測出的質子壽命是不同的

根据 其中 一个 理论 根據其中一個理論

质子 发生 衰变 的 平均 时间 是 質子發生衰變的平均時間是

10的 28次方 年 10的28次方年

这比 目前 所知 的 宇宙 年龄 這比目前所知的宇宙年齡

还长 了 100亿倍 還長了100億倍

不过 不過

这里 说 的 10的 28次方 是 预测 的 平均寿命 這里說的10的28次方是預測的平均壽命

如果 有 足够 多 的 质 如果有足夠多的質

子 其中 一个 子其中一個

就 有 可能 在 你 眼皮底下 发生 衰变 就有可能在你眼皮底下發生衰變

如果 质子 确实 会 发生 衰变 如果質子確實會發生衰變

那么 总有一天 那么總有一天

所有 的 质子 都 会 消失 不见 所有的質子都會消失不見

除开 质子 除開質子

中子 同样 也 无法 幸免 中子同樣也無法幸免

只要 时间 足够 长 只要時間足夠長

白矮星 岩石 尘埃 白矮星巖石塵埃

彗星 彗星

气体云 以及 所有 其他 天体 都 会 消亡 氣體云以及所有其他天體都會消亡

因此 我们 目前 能 观测 到 的 因此我們目前能觀測到的

多达 10的 48次方 吨 的 普通 物质 多達10的48次方噸的普通物質

注定 要么 消失 在 黑洞 中 注定要么消失在黑洞中

要么 消失 在 缓慢 的 质子 和 中子 衰变 中 要么消失在緩慢的質子和中子衰變中

或许 会 有 一些 衰变产物 留下 或許會有一些衰變產物留下

孤立 的 电子 和 正电子 孤立的電子和正電子

还有 两者 湮灭 后 的 产物 光子 還有兩者湮滅后的產物光子