大撕裂

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對正在大撕裂的星系所做的動態模擬想法。

大撕裂是一種宇宙論假說,在2003年首度被發佈,內容牽涉宇宙的終極命運。假說認為宇宙中的物質,從恆星星系到原子和次原子粒子,乃至时空本身,都会在未來有限的時間內因宇宙加速膨脹而逐漸被撕裂,直到粒子间距无限增大。根据宇宙学标准模型,宇宙標度因子在未來有限的時間內會變得無限大,在宇宙常数占主导地位的未来,更会呈指数级增长。不过,这种膨胀在每时刻都相似(因此有指数律——在相同时间间隔内,局部体积的膨胀次数相同,特点是哈勃常数不变且很小,对任何有束缚的物质结构而言都能忽略。大撕裂情形中,哈勃常数会在有限时间内发散。

只有令假想质能(幻能量)具有难以置信的物理特性,才有可能到达突裂奇点(sudden rip singularity)。[1]

概览

这假说的真实性取决于现有宇宙暗能量的类型。会导致大撕裂的暗能量是不断增加的,称作幻能量。若宇宙中暗能量无限制增加,就能最终克服一切维系宇宙的力量;关键值是状态方程参数w,即暗能量压与能量密度。若,则宇宙膨胀将趋于加速,而暗能量将随之消散,不会发生大撕裂。若,则其密度将随宇宙膨胀而增加。

由幻能量主导的宇宙将是加速膨胀的宇宙,意味着可观测宇宙宇宙视界将不断收缩——物体能影响观测者的距离变近,相互作用能传播的距离缩短。视界小于任何特定结构之后,结构的最远部分间便不能发生任何基本相互作用,可视作结构被“撕裂”。时间进程本身也将终止。这模型暗示,在有限时间之后将抵达最终的奇点,即“大撕裂”,当中可观测宇宙的大小收敛到零,所有距离都发散。

这假说的提出者是达特茅斯学院的Robert R. Caldwel,计算得从现在到大撕裂的时间为

其中w如上述,哈勃常数是目前宇宙所有物质的密度。

钱德拉X射线天文台星系团速度的观测似表明,w的值约在−0.907到−1.075之间,意味着大撕裂不能被明确排除。(根据上述方程,若观测确定,则大撕裂最早会发生在1520亿年后)[2]

示例

论文中,作者考虑了的假想情形。这时,大撕裂将发生于约220亿年后,星系将在之前2亿年开始相互分离。 大撕裂前6000万年,星系将开始解体,因为引力太弱。太阳系这样的行星系会在大撕裂前约3个月失去引力束缚,行星将飞入迅速膨胀的宇宙。最后几分钟,恒星和行星将被撕裂。原子大约在大撕裂前秒被摧毁(首先因电子飞去而电离,然后原子核离解)。大撕裂时,时空本身都将被撕裂,宇宙标度因子将达到无穷大。[3]

可观测宇宙

证据表明,我们的宇宙中w非常接近-1,所以w成了方程的支配项。w越接近-1,分母就越接近零,大撕裂就越遥远;而若w恰好等于-1,则无论有多大,大撕裂都不会发生。

根据最新宇宙学数据,不确定性仍然很大,不能区分是中的哪种情形。[4][5]

此外,由于统计波动,几乎不可能精确测得。也就是说,w的测量值将可以任意地接近-1,因此即便最终也几乎不能完全排除大撕裂的可能。[6]

相關條目

外部連結

  1. ^ Ellis, George F. R.; Maartens, Roy & MacCallum, Malcolm A. H. Relativistic Cosmology有限度免费查阅,超限则需付费订阅. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2012: 146–147. ISBN 978-0-52138-115-4. 
  2. ^ Vikhlinin, A.; Kravtsov, A. V.; Burenin, R. A.; et al. Chandra Cluster Cosmology Project III: Cosmological Parameter Constraints. The Astrophysical Journal. 2009, 692 (2): 1060–1074. Bibcode:2009ApJ...692.1060V. S2CID 15719158. arXiv:0812.2720可免费查阅. doi:10.1088/0004-637X/692/2/1060. 
  3. ^ Caldwell, Robert R.; Kamionkowski, Marc; Weinberg, Nevin N. Phantom Energy and Cosmic Doomsday. Physical Review Letters. 2003, 91 (7): 071301. Bibcode:2003PhRvL..91g1301C. PMID 12935004. S2CID 119498512. arXiv:astro-ph/0302506可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevLett.91.071301. 
  4. ^ WMAP 9 Year Mission Results. wmap.gsfc.nasa.gov. [2017-09-22]. (原始内容存档于2017-01-01). 
  5. ^ Allen, S. W.; Rapetti, D. A.; Schmidt, R. W.; Ebeling, H.; Morris, R. G.; Fabian, A. C. Improved constraints on dark energy from Chandra X-ray observations of the largest relaxed galaxy clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2008, 383 (3): 879. Bibcode:2008MNRAS.383..879A. S2CID 18200810. arXiv:0706.0033可免费查阅. doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12610.x. 
  6. ^ Katie Mack, Tearing Apart the Universe, 2020-10-07 [2023-12-20], (原始内容存档于2023-11-20)