宇宙膨脹及其爆炸循環(huán)

科學(xué)家認(rèn)為，宇宙起源為137億年前的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達(dá)地球要花120億年到150億年的時(shí)間。大爆炸散發(fā)的物質(zhì)在太空中漂游，由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質(zhì)構(gòu)成的，我們的太陽就是這無數(shù)恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會(huì)因引力而不再膨脹，但是，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)宇宙中有一種 “暗能量”會(huì)產(chǎn)生一種斥力而加速宇宙的膨脹。

大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭，爆炸產(chǎn)生的動(dòng)力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠(yuǎn)離；天體間又存在萬有引力，它會(huì)阻止天體遠(yuǎn)離，甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質(zhì)量有關(guān)，因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹，還是最終會(huì)停止膨脹并反過來收縮變小，這完全取決于宇宙中物質(zhì)密度的大小。

理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質(zhì)的平均密度小于臨界密度，宇宙就會(huì)一直膨脹下去，稱為開宇宙；要是物質(zhì)的平均密度大于臨界密度，膨脹過程遲早會(huì)停下來，并隨之出現(xiàn)收縮，稱為閉宇宙。

問題似乎變得很簡單，但實(shí)則不然。理論計(jì)算得出的臨界密度為5×10^-30克/厘米³。但要測定宇宙中物質(zhì)平均密度就不那么容易了。星系間存在廣袤的星系間空間，如果把目前所觀測到的全部發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量平攤到整個(gè)宇宙空間，那么，平均密度就只有2×10^-31克/厘米³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述臨界密度。

然而，種種證據(jù)表明，宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質(zhì)，其數(shù)量可能遠(yuǎn)超過可見物質(zhì)，這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于臨界密度仍是一個(gè)有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大一些。

恒星演化到晚期，會(huì)把一部分物質(zhì)（氣體）拋入星際空間，而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程中氣體可能越來越少（并未確定這種過程會(huì)減少這種氣體。）。以致于不能再產(chǎn)生新的恒星。10¹⁴年后，所有恒星都會(huì)失去光輝，宇宙也就變暗。同時(shí)，恒星還會(huì)因相互作用不斷從星系逸出，星系則因損失能量而收縮，結(jié)果使中心部分生成黑洞，并通過吞食經(jīng)過其附近的恒星而長大。根據(jù)質(zhì)能守恒定律,形成恒星的氣體并不會(huì)減少而是轉(zhuǎn)換成其他形態(tài)。所以新的恒星可能會(huì)一直產(chǎn)生。

10¹⁷～10¹⁸年后，對于一個(gè)星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，這時(shí)，組成恒星的質(zhì)子不再穩(wěn)定。10³²年后，質(zhì)子開始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子。10⁷¹年后，這個(gè)衰變過程進(jìn)行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。

10¹⁰⁸年后，通過蒸發(fā)作用，有能量的粒子會(huì)從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開宇宙“末日”到來時(shí)的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。（但質(zhì)子是否會(huì)衰變還未得到結(jié)論,因此根據(jù)質(zhì)量守恒定律。宇宙中的質(zhì)能會(huì)不停的轉(zhuǎn)換。）

　　閉宇宙的結(jié)局又會(huì)怎樣呢？閉宇宙中，膨脹過程結(jié)束時(shí)間的早晚取決于宇宙平均密度的大小。如果假設(shè)平均密度是臨界密度的2倍，那么根據(jù)一種簡單的理論模型，經(jīng)過400～500億年后，當(dāng)宇宙半徑擴(kuò)大到目前的2倍左右時(shí)，引力開始占上風(fēng)，膨脹即告停止，而接下來宇宙便開始收縮。

以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結(jié)束后再倒放一樣，大爆炸后宇宙中所發(fā)生的一切重大變化將會(huì)反演。收縮幾百億年后，宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態(tài)，不過，原來星系遠(yuǎn)離地球的退行運(yùn)動(dòng)將代之以向地球接近的運(yùn)動(dòng)。再過幾十億年，宇宙背景輻射會(huì)上升到400開，并繼續(xù)上升，于是，宇宙變得非常熾熱而又稠密。在坍縮過程中，星系會(huì)彼此并合，恒星間碰撞頻繁。

這些結(jié)局也只是假想推論的?！?span lang=EN-US>

近幾年來，一批西方的天文學(xué)家發(fā)表了關(guān)于“宇宙無始無終”的新論斷。他們認(rèn)為，宇宙既沒有“誕生”之日，也沒有終結(jié)之時(shí)，而就是在一次又一次的大爆炸中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，循環(huán)往復(fù)，以至無窮的。至于“宇宙無始無終”的新論是否正確，科學(xué)家認(rèn)為，過幾年國際天文學(xué)界可望對此做出驗(yàn)證。