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现代天文学表明，宇宙并非存在了无限漫长的时间。根据普朗克卫星对宇宙微波背景辐射的温度和极化各向异性的测量数据，结合Λ-冷暗物质模型的估计，目前的宇宙年龄约为138亿年。那么，宇宙还能存在多长时间？宇宙的寿命有多久呢？
至于宇宙的寿命还有多久，需要知道宇宙最终会有怎样的结局，而这又是基于宇宙如何诞生和演化。
根据多个有力且独立的证据，例如，宇宙微波背景辐射、哈勃定律、星系演化、宇宙元素丰度，宇宙起源于宇宙大爆炸，从一个没有时间和空间的奇点中膨胀而来。随着时间的推移，空间自身的结构逐渐扩张，宇宙变得越来越大。
由于引力的作用，空间膨胀速率逐渐下降。直到宇宙大爆炸之后大约90亿年，宇宙的物质（包括暗物质和普通物质）密度下降到临界点，而具有负压效应的暗能量基本上维持不变，这种空间的固有能量占据主导作用，它们开始推动宇宙加速膨胀。自那之后到现在已经50亿年过去了，空间的膨胀速率还在持续增加。
宇宙最终会以怎样的方式终结，取决于空间结构如何演化，可能的方式有以下三种：
（1）空间无限加速膨胀：宇宙大撕裂
如果在未来，暗能量的密度仍然维持不变，宇宙万物的引力无法扭转空间扩张，宇宙将会无限加速膨胀下去。到了遥远的未来，星系的引力无法束缚住自身的结构，暗能量将会撕裂星系。接下来，像太阳系这样的结构也会被撕裂，行星脱离轨道，宇宙中充满孤立的天体。
随着空间继续加速膨胀，引力无法维持住恒星和行星的结构，这些天体都会撕裂成星云。不止引力，就连比引力强很多的电磁力、弱核力以及强核力都无法对抗暗能量。到了最后时刻，甚至原子结构都会被暗能量撕裂。根据天文学家的一项估计[1]，宇宙将有可能在大约500亿年后迎来大撕裂。
（2）空间无限减速膨胀：宇宙热寂
如果宇宙物质密度刚好适中，可以逐渐减慢空间膨胀速度，使得空间无限减速膨胀下去。根据热力学定律，作为孤立系统的整个宇宙，它的熵会随着空间膨胀不断增加，宇宙中的有用能被不断消耗掉。最终，宇宙会达到最低的能量状态，熵增加到最大，宇宙达到了完全的热力学平衡状态——热寂。
不过，宇宙达到热寂是一个十分漫长的过程中，宇宙还剩的寿命要比目前的年龄长得多。如果质子最终会发生衰变，那么，宇宙将会在10^100年之后达到热寂[2]。
（3）空间反复坍缩和膨胀：宇宙大反弹
如果暗能量密度最终大幅度下降，那么，引力将会再次主宰宇宙，这会让空间的扩张速度逐渐，减慢直至完全停止膨胀。不仅如此，引力还会让空间结构开始收缩，宇宙将近开启坍缩的过程。由于宇宙从奇点膨胀而来，所以宇宙坍缩的终点将会是奇点。
当宇宙坍缩为奇点之后，可能又会因为量子效应而开启新一轮的膨胀。就这样，宇宙一直在奇点-膨胀-坍缩-奇点的循环过程中，我们现在的宇宙只是处于其中的一个阶段，这就是宇宙大反弹[3]。从这种意义上来讲，宇宙的寿命是无限长的。
相比起宇宙的寿命，人类短短百来年的寿命犹如蜉蝣一般。但不管怎样，渺小的人类没有放弃探索浩瀚的宇宙。
参考文献
[1] Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski, Nevin N. Weinberg, Phantom Energy and Cosmic Doomsday, Physical Review Letters, 2003, 91, 071301.
[2] Graphical timeline from Big Bang to Heat Death, Wikipedia.
[3] Robert Brandenberger, Patrick Peter, Bouncing Cosmologies: Progress and Problems, Foundations of Physics, 2017, 47, 797-850.
原文地址：今日头条 |
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发表于 2019-12-25 21:06:15
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