宇宙的死亡
宇宙的結構
目前我們已經知道宇宙中存在1000億個以上的星系。銀河系是太陽所屬的一個龐大的恒星集團,約包括10n顆恒星。銀河系的質量約為1千億個太陽質量,直徑約為10萬光年。若對視星等在23等以內的星系做統計,星系總數在109個以上。
星系的空間分布不是無規律的,它也有成團現象。上千個以上的星系構成的大集團叫大星系團。大約只有10%的星系屬于這種大星系團。大部分星系只結成十幾、幾十或上百個成員的小團。
今天人們把10Mpc以上的結構稱為宇宙的大尺度結構。目前觀測到的宇宙的大小是104Mpc。有跡象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫狀,即有許多看不到星系的空洞區,而星系聚集在空洞的壁上,呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星系團,
它的典型尺度為幾十兆秒差距。
若把星系看成宇宙物質的基本單元,那么,星系的分布狀況就是宇宙結構的表現。
亨德里克·安東·洛倫茲
洛倫茲認為,牛頓的絕對空間里充滿了靜止以太。地球是在靜止以太的海洋中以30千米/秒的速度運行,必然有30千米/秒的以太風產生。1887年,邁克爾孫和莫雷進行了多次精確實驗,沒有檢測到以太風,這被稱為零結果。1921年~1925年,美國物理學家米勒又與莫雷合作,他們多次重復了邁克爾孫實驗,
都得到了非零的結果(即0.33的結果,相當于觀測到了10千米/秒的以太風)。到了1976年~1977年,實驗在兩個地點同時進行,一個是在普林斯頓,另一個是在加利福尼亞大學,先后進行了10次實驗。他們不但發現了地球運動的全速以太風,還發現太陽系以300千米/秒的速度在繞銀河中心運動,銀河系在以太海中的穿行速度為600千米/秒,而太陽和地球的凈速度是400千米/秒。
所以,在計算宇宙的死亡時間時,我們可以取星系繞宇宙中心運動的平均速度——600千米/秒。
空旋渦場的數量
宇宙的運動是由暗能量來推動的。暗能量總是以一種旋渦運動的形式出現,
所以,在暗能量的旋轉范圍內形成一種旋渦場,我們稱之為暗能量旋渦場,簡稱為旋渦場。包含有大量物質的旋渦場叫做物理旋渦場,沒有任何物質的旋渦場叫做空旋渦場。
按照大小次序,物理旋渦場劃分為如下四類:S1旋渦場,它代表星系團旋渦場;A1旋渦場,它代表星系旋渦場;B1旋渦場,它代表星團旋渦場;C1旋渦場,它代表恒星旋渦場。
空旋渦場分別用s2、A2、B2和c2來表示:s2旋渦場,它的尺度以一個星系團為標準;A2旋渦場,它的尺度以一個星系為標準;B2旋渦場,它的尺度以一個星團為標準:C2旋渦場,它的尺度以一個恒星系為標準,如太陽系等。
由于A1旋渦場正處于收縮狀態,而A2旋渦場則處于膨脹狀態。所以,A2旋渦場的平均尺度必定大于A1旋渦場的平均尺度。所以,我們可以認為,宇宙中A2旋渦場的數量大約和Al旋渦場的數量相等,約為1000億個。A2旋渦場的平均半徑為12kpc。
宇宙的現狀
目前,星系正處于收縮狀態,但這種收縮是由暗能量的衰退造成的。S2和A2這兩種空旋渦場都處于膨脹狀態,而這種膨脹是由暗能量的旋轉產生的。由于S2和A2這兩種空旋渦場內沒有恒星等物質,所以,這種旋渦場在旋轉過程中就沒有任何負荷。在旋轉離心力的作用下,它們必然會膨脹。暗能量每10億年以5.3%的比例衰退,所以,星系的收縮是很緩慢的。相比之下,s2和A2這兩種空旋渦場的膨脹就快得多。所以,目前的宇宙正處于快速膨脹之中。
宇宙收縮的過程
暗能量每10億年以5.3%的比例衰退,導致星系不斷地收縮。240億年后,暗能量將減少73%,每個星系都將收縮為一個奇點,變成一個奇點黑洞。那時,宇宙中將不再有恒星,只存在如下三種東西:一是位于宇宙中心和星系團中心的暗能量黑洞;二是1000億個以上的奇點黑洞;三是1000億個以上的A2旋渦場。
當星系旋渦場收縮時,在它周圍的空旋渦場就會膨脹;當它收縮為一個奇點黑洞時,在它周圍的空旋渦場也會同步跟進,它們總是保持著接觸。當奇點黑洞繞宇宙中心運動時,它就會進入附近的空旋渦場中。
首先,它進入體積較小的c2旋渦場中。由于奇點黑洞擁有一個星系的質量,所以,c2旋渦場就處于一種超負荷狀態而無法旋轉。在黑洞的巨大引力作用下,c2旋渦場會快速地向黑洞方向收縮,直到它完全被黑洞吞噬。所以,當奇點黑洞穿過c2旋渦場時,c2旋渦場將會被完全吞噬掉。
奇點黑洞吞噬了c2旋渦場后,它又以同樣的方法一個接一個地吞噬B2旋渦場、A2旋渦場和s2旋渦場。在這個過程中,奇點黑洞吸收的暗能量越來越多,它的旋轉速度也越來越快。
宇宙死亡的時間
所有的星系都變成奇點黑洞之后,假設它們繞宇宙中心運動的總動能為Ep。宇宙的暗能量則分為兩部分:一是用來推動奇點黑洞自轉的暗能量,用Enj來表示;二是用來推動奇點黑洞繞宇宙中心運動的暗能量,用Enk來表示。在奇點黑洞吞噬空旋渦場之前,宇宙處于一種平衡狀態,即Enk等于Ep。這時,宇宙既不會膨脹,也不會收縮。
在奇點黑洞吞噬A2旋渦場的過程中,一方面用來維持宇宙旋轉的暗能量Enk在快速減小,宇宙在快速收縮;另一方面用來推動奇點黑洞自轉的暗能量Enj在快速增加,黑洞的旋轉速度越來越快。
假設奇點黑洞繞宇宙中心運動的平均速度為600千米/秒。當奇點黑洞經過C2和B2旋渦場時,就會把它們吞噬掉。所以,奇點黑洞繞宇宙中心運動的速度實際上就是它吞噬空旋渦場的速度。A2旋渦場的平均直徑為24kpc千米。奇點黑洞通過一個A2旋渦場所需的時間為4000萬年。所以,奇點黑洞用4D00萬年的時間就可以穿過一個A2旋渦場,同時它也把A2旋渦場吞噬掉。由于奇點黑洞的數量約等于A2旋渦場的數量,所以,當所有星系都變成奇點黑洞之后,再過4000萬年,宇宙中所有的空旋渦場都將被吞噬掉。那時,宇宙將收縮為一個奇點,宇宙由此而亡。所以,我們可以得出如下結論:
240億年后,宇宙中所有的星系都將死亡,變成1000億個以上的奇點黑洞。
241億年后,宇宙也將死亡,變成一個奇點黑洞。