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宇宙的长久未来是什么样的?

宇宙的长久未来是什么样的?

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2017-07-24

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    若宇宙是“平坦的”、“开放的”或者是正在加速的,它将存在无限长的时间,但这并不意味着行星、恒星和星系也将永远存在。宇宙受到物理定律支配,这些定律之热力学第二定律指出:热从高温物体向低温物体流动。
  因此当两个物体具有一样温度时,热的流动停止;热也不可能从低温物体流向高温物体。  宇宙中发生的每个化学过程都遵从这个指导性原则。因此,恒星和星系缓慢地将热流失到周围的宇宙中,然后死亡。
  在这发生之前,星系中越来越多的恒星将会互相靠近,这将会导致其他恒星投向星系的中心区域时一颗恒星被抛出星系。星系中心的物质将变得越来越紧密,而且最终具有星系质量的黑洞将形成。  一样的过程将在星系团中重复,因为一些星系将被抛出,而另一些星系将落向中心区域。
  于是宇宙中将充满具有与星系团一样质量的黑洞。这些黑洞中所含的物质将被再处理,并通过霍金辐射过程返回宇宙,这是一对虚粒子恰好在黑洞的视界上产生的过程:其中一个粒子逃逸出去,而另一个落下,抵消黑洞的一部分质量,这看起来像是逃逸的粒子来自黑洞本身,而黑洞逐渐“蒸发”到宇宙中。
    黑洞越小,它蒸发得也就越快,这一蒸发能作为热量被测量到。随着粒子的逃逸和黑洞质量的减小,它的温度上升,上升的温度使得更多的粒子逃逸出来,进一步地减少了质量而且提高了温度。
  最终,在最后几秒,黑洞在能量等同于百万吨级氢弹爆炸的剧烈爆发中释放出剩余的所有质量。通过这一过程一恒星融入黑洞中然后再蒸发,在足够长的时间后,宇宙中的所有物质将达到热平衡。  当这一状况发生时,将不再有恒星、行星或星系,只有由亚原子粒子构成的稀薄“海洋”。
  所有的粒子将会有一样的温度,不会发生任何反应。若化学反应不再在宇宙中发生,也就不再有判断时间流逝的参照,宇宙将死亡,这一概念称为热寂。若宇宙是“闭合的”,那么膨胀将最终减慢并停止,然后它将开始崩塌。
      星系团和单独的星系将合并到一起,宇宙微波背景辐射将增加它的温度,最终空间将变得异常灼热从而恒星蒸发。宇宙将回到与大爆炸期间十分相似的状态。但宇宙不再膨胀,而是开始收缩并向大坍缩的方向转变。
  一些人提出大坍缩与大爆炸前的状态非常符合,从而宇宙将再生:但新生的宇宙可能与我们所在的很不一样,因为物理定律可能在宇宙膨胀的最初时刻整个被混在一起。

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