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2012-12-17 11:42:53| 人氣847| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

宇宙未來將走向何方?

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未來將會有什麼在等著我們呢?我們要怎樣才能知道?又有誰可以告訴我們這些答案?從古至今,預言家常談論到人死後的來生等尚難以證實的事。算命者憑著觀看水晶球、身旁物體的排列、判讀掌紋、面相、體態、祖先遺物,或是算命紙牌、算命盤、出生年月日時辰、紫微斗數等來預測人們的命運。

 

預測未來諸如天氣、股市、房地產等經濟景氣將會如何變化的人,被稱之為「預報員」。預報員仔細地研究過去已經發生的事及現在正在進行的情形,來判斷將來可能發生的情況。不過,憑著現今的科技仍是會犯錯,而且也尚不能作太久的預報。

 

而「科學家」靠著不斷的實驗、記錄和資料歸納與分析結果,有時可以預測未來可能發生的事。科學家指出保護地球生物免受輻射傷害的大氣層,其中的臭氧層出現個破洞,且還在擴大中,如果我們不停止使用某些噴霧劑和化學品,破洞將會變得更大。

 

同樣地,天文學家正運用望遠鏡裡所觀測到的訊息協助我們了解宇宙的過去,也預測宇宙未來的可能發展。在20世紀末的天文觀測告訴我們,宇宙現在仍在加速地膨脹,並沒有減緩的任何跡象。

 

據美國太空總署最近的觀測資料分析報導,一個哈柏太空望遠鏡曾經觀測到已形成100億年之久的1997ff超新星,它是天文學家目前所觀測到最遙遠的超新星。天文學家從測量它的餘輝,發現這顆爆發於100 億年前初始宇宙的超新星正在膨脹中,更加支持了一種曾令人難以理解的宇宙正加速膨脹的現象,那就是宇宙一開始就有的互斥力,使得星系間相互遠離的速度越來越快。而不符合過去數年間,許多科學家所爭議的宇宙膨脹速度逐漸減慢的看法。

 

至於促使宇宙加速膨脹的神秘黑暗能量(黑暗物質)到底為何物?目前仍未找著它們的存在證據和對它們的直接觀測方式。當然也就仍不曉得宇宙的未來是否會無限地膨脹下去,還是會在一次的關鍵時刻停下來呢?........那麼時間究竟流向哪裡去?未來的時間有終了嗎?未來是否會延伸另一個150億年,還是會更久呢?我們的宇宙會不會停止膨脹,轉而開始收縮,使得眾星辰又彼此靠近而回到「宇宙大霹靂」的瞬間?

 

宇宙離我們既遙遠又接近,近到抬頭即可仰望星空,遠到需要用上億光年的尺度去衡量。按照光傳播30萬千米/秒的速度計算,太陽光到達地球需要8分鐘。而太陽所屬的銀河系包括1200億顆恒星和大量的星團、星雲等。且銀河系僅是宇宙中數億星系中的普通一員。離我們最近的仙女座星系,就距離我們200萬光年。

 

我們的宇宙在一次大爆炸中誕生,然後一直膨脹到今天。對於宇宙的未來,科學家們認為有三種可能性。一是膨脹會慢慢停止,然後整個宇宙再縮回去;一是宇宙會加速膨脹下去,變得越來越大,越來越空;還有人認為,膨脹會減速,但介於以上二者之間。1994年,當科學技術取得了較大進步時,我們觀測宇宙在不同時刻的膨脹速度,通過的辦法就是觀測光度非常確定的天體,一種可以爆發非常亮光度的星體,這些超新星可以達到太陽50億倍的亮度。在一系列觀測下,我們從資料可以得知,宇宙過去是在慢慢膨脹,但現在正在加速膨脹。

 

宇宙是什麼時候誕生的?是怎麼誕生的?它又是如何演變成今天的浩瀚無際呢?這些在你我心中的疑問,一直到六十多年前,科學家們才有共識地告訴我們:我們生存的宇宙是在一次大霹靂後,經過暴漲和相變的過程將超巨大的能量轉變成輻射和粒子,終於形成了目前的宇宙。此大霹靂的理論依據是「從一點爆發」、「宇宙膨脹」和「宇宙背景輻射」等三個論點。美國於19904月發射哈柏太空望遠鏡,主要任務就是用來探索宇宙的起源與演化。

 

1918年,哈柏(Edwin P. Hubble18891953)以具有直徑2.5公尺反射鏡的胡克耳望遠鏡,觀察出銀河中看似微弱的星雲,其實是位在距離我們有幾百萬光年的其他星系中。他的研究有助於天文學家了解宇宙的浩瀚。1930 年,天文學家加墨 (George Gamow)提出形成宇宙的「大霹靂」(Big-Bang)理論。

 

它的基本論點是建立在宇宙始於一次難以想像的巨大爆發,這次爆發創造了今日圍繞著我們的每件事物。它從爆發的一點逐漸延伸至現今我們周圍的廣大天空。1949 年,加墨進一步解釋大爆發後的宇宙,如今也逐漸地冷卻,現在,它的溫度約為絕對溫度2.7度(約攝氏零下 270 度)。

 

1965年,經由微波的偵測,將微波望遠鏡指向任何方向,影像都是一樣的,微弱的冷輻射均勻地來自各個方向,這是宇宙開啟時「大爆發」的殘留。即微波望遠鏡所偵測到支持宇宙大霹靂理論的「餘溫」證據。在大霹靂理論中宇宙過去的密度和溫度比現在高,密度和溫度趨近無限大的那個時間就是宇宙的開始。我們可依時間順序略述如下:

 

1.大霹靂:宇宙起源於一次大霹靂中,在誕生的那一瞬間,從「無」急速膨脹,逐漸演化成巨大的宇宙。

 

2.時空生成:爆炸使得宇宙開始膨脹,就是所謂的「真空暴漲」,因而生成了時空。

 

3.粒子時代:時空生成的初期,溫度高到只有基本粒子、反粒子和輻射的存在,這就是粒子時代。核子過程:大爆發之後3分鐘左右,溫度降到10億度,質子、中子等開始進行核融合反應,形成了氫、氘(重氫)和氦的原子核。

 

4.原子過程:大爆發10萬年後熱輻射溫度降到 4000 度,物質與熱輻射之間的作用減弱,使得氫原子核與電子停止游離,組成氫原子。

 

5.引力過程:電磁力和接續的重力之引力過程促使原子逐漸由均勻狀態凝聚成團,熱輻射則繼續均勻而無方向性地冷卻到今天所看到的 2.7 度宇宙背景輻射。

 

6.星系形成:從大爆發後數十萬年到數億年間是物質聚合成星系的時代,我們的銀河系和太陽系便是在此時形成的。

 

7.現在:在大爆發的10億年後,我們今日所見的宇宙已大致形成,只不過各星系間隨著宇宙的膨脹而繼續遠離。

 

目前,我們所瞭解的宇宙的組成部分還十分有限,僅占總量的4.5%,另外的22.5%被我們稱為暗物質,第三部分就是佔據73%、被稱為暗能量的物質。如果對這三類成分按照吸引力和排斥力做一個分類,暗能量產生排斥力,正常物質和暗物質產生吸引力。宇宙就是在吸引力和排斥力的相互抗衡之下進行演化。這種被我們稱為暗能量的東西在推動宇宙加速膨脹,暗能量是構成時空的基本成分。

 

我們並不知道暗能量是如何形成的。它好像是宇宙自身結構的一部分,宇宙越膨脹,暗能量就越多。它可以越來越強有力地推動宇宙,使它膨脹得越來越快。這樣就造成了更多的暗能量,然後又推動宇宙更快膨脹。這樣的結果就是,從我們現在看到的那些星系發出的光,由於宇宙的膨脹,就停留在空間當中,最後無法傳到我們這裏。這些星系就會越來越暗,最後就看不到任何星系了。 

 

人類即將跨過末日跨入新的紀元,人類的科技將會航行向何方?在宇宙學中和其他宇宙模型相比,被現今大部分天文學家接受的宇宙起源學說就是霹靂說,因為它有哈柏膨脹和微波背景輻射兩大觀測證據。在霹靂說中,宇宙是由一個密度與溫度趨近無限大的特異點,在一次大爆炸中開始的,爆炸使得宇宙膨脹,最初數百億度的高溫只有質子、電子、中子與光子等基本粒子存在,約三分鐘後,溫度降至約10億度,此時質子、中子等開始結合成氫、重氫和氦之類的輕原子核,隨著時間推移,宇宙持續膨脹與冷卻,至數十萬年後溫度降到3000K時,氫原子核與電子組成中性氫原子,並逐漸由均勻狀態開始凝聚,熱輻射則繼續均勻無方向性冷卻至今天所測的3K

 

從大爆炸後數十萬年到數億年間物質聚合成星系,最初的十億或二十億年,宇宙已大致形成,此後各星系隨宇宙膨脹而繼續奔離,科學家依星系奔離速度估計,自大爆炸到今日,大約是100億至200億年。依照霹靂說的理論,宇宙最初是處於高溫高密度狀態,因發生一次大爆炸而急速膨脹,現今經由觀測發現,星系都遠離我們而去,且距離愈遠的星系奔離速度愈大,因此宇宙至今仍在不斷地膨脹中。然而因物質之間的重力吸引會降低膨脹速率,故物質的多寡決定未來宇宙的演化,最後可能的結果有三種:

 

1.開放(open)宇宙:如果重力不足以阻止膨脹,則宇宙將一直膨脹下去,沒有終結且漸趨冰冷,星系間距離持續增加,但奔離速度會逐漸降低。

 

2.封閉(close)宇宙:若重力足以阻止膨脹,宇宙膨脹至極大值之後將轉為收縮,最後又回到像最初的高密度、高溫度狀態。有人認為它可能會再度發生大爆炸,開始下一次的膨脹。

 

3.平坦(flat)宇宙:宇宙膨脹至某限度後,此時重力剛好與膨脹力相抵,因此即不膨脹亦不收縮,星系間距離將保持不變。

 

宇宙未來將成何種形式,完全要看它是否有足夠的物質來產生足夠的重力,科學家研究後推論,若宇宙目前的密度超過每立方公分4.7×10-30,則宇宙會封閉,否則是開放,此密度因而稱為臨界密度,由於現今我們尚無法準確地觀測及計算宇宙確實的密度,因此尚無法確定宇宙未來將以何種形式演化。

 

有研究表明:暗能量具有一種極端的特性,隨著時間的推移,其密度隨著宇宙空間的膨脹而不斷增大,導致宇宙膨脹的加速度也越來越大,這種機理有別于傳統觀點上認為:隨著宇宙空間的膨脹,宇宙中的物質也會變得稀疏。暗能量卻是恰恰相反的,越是膨脹,其密度卻越大。隨著宇宙的膨脹,這些暗能量也不斷地填充宇宙空間,就像無中生有一樣,而其如何出現、是通過何種機制來維持這個密度?目前還是個未解之謎。

 

隨著目前宇宙的加速膨脹、時空的擴大和延伸,暗能量的密度也在增加,這將可能導致幻能的增加,其將在有限的時間內使得宇宙無限地接近結束的邊緣,並最終導致宇宙大撕裂的發生。而在這個過程中,隨著宇宙的規模變成無限大,密度增加,所有的空間結構都不復存在,包括星系、系團乃至地球,都將變成一個個亞原子粒子。根據宇宙學家最新的計算結果,如果暗能量的壓力與密度的比值達到-1.5,宇宙在這個情況下只能維持220億年,而目前宇宙已經走過了137億年。

 

龐大的宇宙帶給人們無限遐想,呼喚人們去探索。當我們用哈勃望遠鏡取景最遠的景象時,看到的其實是137億年前的宇宙。宇宙的生命究竟經歷了什麼樣的變化?宇宙未來將走向何方?宇宙一直膨脹下去,將會變得越來越冷,外面一片黑暗,宇宙最後就寂靜下來了,這或是在1000億年以後的事情......

 

                 

        

 

                                  正在加速膨脹的宇宙

台長: 幻羽
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