【原】宇宙膨脹會超越引力嗎？最后半小時，太陽系行星和恒星將被撕裂！

星辰大海種花家 2019-10-17

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從宇宙的膨脹的其中一個演化發(fā)展的結(jié)果來看，太陽系各行星之間距離被拉大也只是時間問題，但以現(xiàn)代宇宙的膨脹說來衡量，暫時并不會導(dǎo)致這個結(jié)果，但在遙遠的未來來看，太陽系最終的發(fā)展將是行星距離被拉大，直至達到基本粒子狀態(tài)，這是一個什么概念？真會如此可怕嗎？

宇宙膨脹與宇宙的命運

能決定宇宙未來命運的力量有兩種，一種引力，它能使物質(zhì)聚合在一起形成各種天體，也能左右宇宙的未來！另一種是斥力，它會導(dǎo)致宇宙膨脹，同樣可以決定宇宙的未來，簡單的說，我們宇宙的命運就是這兩種力角逐的結(jié)果。

愛因斯坦當年用引入了符號Λ來表示物質(zhì)密度不為零的靜態(tài)宇宙存在的度規(guī)張量成比例項，他稱之為宇宙常數(shù)，也是讓愛因斯坦后悔終身的決定，但其實宇宙常數(shù)Λ用在這里討論宇宙的未來非常合適，因為非常形象！但光有宇宙常數(shù)Λ是不夠的，因為還缺少一個宇宙命運的關(guān)鍵選項，就是宇宙的形狀。

1922年蘇聯(lián)物理學(xué)家弗里德曼用簡化愛因斯坦相對論的方式，以宇宙學(xué)原理假設(shè)空間均勻性和各向同性，因此大幅簡化了廣義相對論，提出了關(guān)于宇宙形狀的著名的弗里德曼度規(guī)。

在這個簡化的方程中出現(xiàn)了宇宙空間曲率K，上圖公式中已經(jīng)確定了K取值時宇宙的形狀，但當它與宇宙常數(shù)Λ結(jié)合時將會發(fā)生非常有趣的現(xiàn)象，因為這兩種組合產(chǎn)生的宇宙結(jié)果將會有很多種，當然我們不需要傷腦筋考慮多種復(fù)雜的組合，因為1967年時愛德華·哈里森將這兩個參數(shù)的取值對應(yīng)的宇宙未來總結(jié)成一張圖表，非常直觀

對照上表我們可以發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下宇宙的未來都是膨脹的，那么宇宙常數(shù)到底該如何取值呢？但很抱歉宇宙常數(shù)Λ并不太容易確定，不過我們可以用哈勃常數(shù)和宇宙密度以及臨界密度的方式代替宇宙常數(shù)描述宇宙的未來！

其實用密度與臨界密度的方式描述更容易理解，因為物質(zhì)聚合在一起能產(chǎn)生約束自我的引力，那么很簡單，當物質(zhì)分布太散時，它們就聚合不起來了，那么我們宇宙的密度是多少呢？臨界密度又是多少呢？

愛因斯坦已經(jīng)為我們準備好了，根據(jù)普朗克衛(wèi)星觀測到宇宙微波背景輻射，發(fā)現(xiàn)宇宙在千分之六的精度上依然保持平坦，那么根據(jù)廣義相對論可以推導(dǎo)出臨界宇宙平均密度公式，如下圖：

H就是哈勃勃常數(shù)，其他都是已知參數(shù)，取值以WMAP在2006年觀測到的H為70 km/s·Mpc，計算可以得到一個宇宙臨界密度0.9×10^-29g/cm^3，有興趣的朋友可以直接算算。將它現(xiàn)代宇宙密度比較即可知道，我們的宇宙會有三種形狀：

宇宙密度/宇宙臨界密度=Ω0，當Ω0＞1時，宇宙是封閉的有限的空間，當Ω0≤1時宇宙將是雙曲無限空間，當當Ω0=1時，宇宙就是平坦的無限空間！

那么Ω0的值到底是多大呢，其實我們可以通過觀測宇宙形狀的實驗來反推出Ω0的到底是多少，上圖中在不同平面上的三個三角形，球面上的三角形內(nèi)角和大于180度，雙曲面上的小于180度，而平面上則剛好等于180度，為此天文學(xué)家建立了一個橫跨接近半個可觀測宇宙的測量模型。

得到的結(jié)果是無限接近于實際角度，即Ω0=1，也就是說我們宇宙是一個平坦的無限空間。而在1998年兩個團隊觀測到宇宙正在加速膨脹而獲得2011年諾貝爾獎，同時提出了導(dǎo)致宇宙膨脹的暗能量概念：暗能量的斥力和宇宙的尺度有關(guān)，在宇宙比較小時，引力占有主導(dǎo)地位，但當宇宙規(guī)模夠大時，暗能量逐漸占據(jù)主導(dǎo)，而這個改變發(fā)生在45億年前！

大撕裂和太陽系的命運

上文我們了解了宇宙密度Ω0=1的無限平坦空間，而在45億年前宇宙開始加速膨脹，未來宇宙的膨脹可能已經(jīng)無法阻止。那么我們可能會面對一個無限膨脹的宇宙，那么未來的結(jié)果會如何呢？

現(xiàn)代宇宙的哈勃常數(shù)為67.15km/s·Mpc，這個含義是在每隔326萬光年的距離上，宇宙膨脹的速度增加67.15km/s·Mpc，假如按宇宙膨脹計算，在太陽系的尺度內(nèi)是一個可以忽略的速度，而且在星系甚至星系團范圍內(nèi)，引力仍然占據(jù)主導(dǎo)地位！但哈勃常數(shù)并不是一個真正的常數(shù)，它是會隨著時間改變而改變的，在遙遠的未來甚至可以導(dǎo)致星系之間互相遠離！

大約在最后時刻到來的6000萬年時，引力將無法保持銀河系的漩渦狀，逐漸分崩離析！到最后三個月時太陽系也將受到暗能量的主導(dǎo)，最后的三十分鐘時行星和恒星都將被斥力主導(dǎo)而解體，在最后的時刻中，原子都將瓦解！