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利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

在过去的138亿年里,我们从电离的质子和中子的海洋中首次形成了原子核,随着空间的冷却并膨胀俘获电子形成了中性原子,紧接着在引力的作用下(氢、氦)气体云收缩,形成了第一批恒星,并且见证了几代恒星的死亡和重生。此外,在最大的尺度上,宇宙经历了几千亿个星系的形成,以及成千上万个星系聚集成星系团、超星系团和细丝结构的过程。我们知道了宇宙过去的故事,那么未来呢?我们今天就跨越1000亿年,看看我们的宇宙在未来是什么样的?

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

在星系结构形成,一切尘埃落定之后,我们发现自己身处在一个巨大而又不起眼的螺旋星系中,我们的星系是本地星系群中的第二大星系,距离最近的大星系团中心超过5000万光年,在可观测的宇宙中充满了超过1000亿个大星系,这些星系距离我们几百万到几百亿光年不等。这就是我们身处的宇宙。

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对我们来说宇宙年龄138亿年是很长很长的一段时间,但实际上宇宙仍然处于早期阶段,在未来宇宙将会一直存在、并且不断地膨胀。

太阳系和银河系的未来

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根据我们对恒星演化的理解,太阳应该还能撑个70亿年左右,也就是说在来到1000亿年后的宇宙,太阳应该早在930亿年前就耗尽了其核心最后的核燃料,经历红巨星阶段。最后将外层的氢壳吹走形成行星状星云,而内部核心(碳、氧和更重的元素)将收缩成一颗白矮星,其质量约为地球的大小,但密度是地球的10万倍的恒星残骸!

太阳残留的白矮星仅靠自己的余热发光,最终也会失去热量并且冷却成一颗完全看不见的黑矮星,但这个过程非常缓慢,1000亿年后太阳残留的核心仍然是可见的。而我们的地球呢?如果我们的地球能在太阳的红巨星阶段有幸存活下来,在太阳死后我们的地球将会一直存在,但会成为一颗流浪行星, 地球上唯一存在的是寒冷、贫瘠、毫无生气的岩石。

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届时我们的银河系看起来也会和现在非常不同。再也看不到巨大的螺旋结构,圆盘和旋臂,因为在40亿年后,不可抗拒的引力会将银河系、仙女座星系,大小麦哲伦星系以及众多居住在本星系群的矮卫星星系,星系团聚集在一起,发生大融合,形成更大的星系结构——椭圆星系

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在最初合并的几十亿年间,星系气体云、恒星的碰撞将会引起激烈的恒星形成过程,使两个星系出现更多蓝色的年轻恒星。但是这些质量巨大的蓝色恒星不会存在很长时间,大约也就几十万年到几百万年,这些恒星会在超新星的爆发中死亡。在一代又一代的恒星诞生、死亡的过程中,星系内氢的含量会大幅下降,并不说没有氢,氢的含量在宇宙中会永远占主导地位,而是剩下的气体形成新恒星的速度将远远低于目前的速度,最多是现在恒星形成速度的0.2%

1000亿年后的天空看起来是怎样的

1000亿年之后,我们的本星系群将会是一个巨大、古老椭圆星系,星系中恒星的形成非常罕见,也很少能看见超新星爆发,一切都是那么的平静,因为夜空中剩下的所有恒星都是一些温度很低、质量很低、颜色发红的矮星。

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与我们今天的夜空相比也会发生很大的变化,例如:恒星的光度会变低很多,夜空中横跨天空的星系会变得更大,形状也与今天得不同,我们接收到的绝大多数光将是红光和红外光,而不是我们今天看到的紫外光、可见光、红外光的混合。

恒星的残余物:白矮星、黑洞和中子星,在这个古老的星系中会比今天的任何一个星系中的都要多的多,这些都是比较小的影响。

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

最重要的是,今天大量存在的东西,包括我们已知的东西,在1000亿年后,都不会以我们现在所能看到的形式存在。

对1000亿年后银河系的任何观测者来说,当他们眺望银河系之外时,他们看到的宇宙和我们看到的宇宙截然不同。

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

他们除了能看到自己的星系以外,宇宙中什么也没有。我们知道目前的宇宙正在加速膨胀,这是暗能量惹的祸,暗能量会驱动宇宙中所有其他的星系,所有不受本星系群引力约束的星系,包括目前可见宇宙之外的星系都会加速远离我们。即使是离我们最近的星系,比如室女座中的其他星系团、狮子座中的星系,甚至是离我们非常近的M81星系团,都会变得不可见,也不会留下任何可测量的特征和之前存在的证据。

如果人类出生在1000亿年后的宜居星球上,他们就会得出这样的结论:我们的星系是宇宙中唯一的星系。

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我们看不到任何来自宇宙大爆炸的信息

我们发现宇宙正在膨胀的这个事实,是第一个指引我们提出宇宙大爆炸起源的证据,在1000亿年后,人们发现不了宇宙在膨胀,谈何研究宇宙的起源。更严重的是:

甚至连大爆炸遗留下来的余晖,微波背景他们也无法探测到!现在看起来是2.725开尔文的微波辐射,相对密度为每立方厘米有411个光子,从现在起到1000亿年后这个情况会和现在发生很大的不同。

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

宇宙1000亿年的膨胀将会把宇宙微波背景辐射的波长拉到无线电波的波段,并严重稀释光子的密度,以至于当时的人们需要一个地球大小的射电望远镜才能观察到宇宙充满无线电辐射!可以肯定地是1000亿年后波动仍然会存在,但会衰弱到今天波动的10万分之一,但作为科学研究,想发现微波背景关于宇宙起源的信息已经是不可能了。

下图为中国的“天眼”FAST,这是目前世界上最大的射电望远镜。1000亿年后的人类需要一个直径是FAST4万倍的望远镜来探测大爆炸遗迹!你觉得他们会发现微波辐射吗?

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总结:我们幸运的诞生在了宇宙年轻的时候

所以我们诞生在宇宙年轻的时候,真的很幸运,年轻就代表活力,因此现在的宇宙中每时每刻都有新的恒星形成和死亡,给了我们很多的观测机会,现在的天空中也充满了星系和星团,大爆炸留下的余辉仍然停留在微波波段中,光子密度也足够大,我们甚至可以用一个简单的电视天线就能接收到微波辐射的信号。这些都给了我们很多关于宇宙过去和未来的信息。

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

而1000亿年后,我们身体中的许多原子将成为不同恒星和行星的一部分,在分子结构中与今天甚至不属于银河系的原子结合在一起。到时,不知道这原子还记得我们不?记得曾经在我们的身体里生活过?

利用已知的知识跨越1000亿年,看看宇宙的未来会是什么样的?

1000亿年,我们的太阳已经消失了很长一段时间,但是目前太阳系的所有物质和能量将会继续存在于整个宇宙中,而这些物质、能量可能会在一个新的恒星系统中,一个新的行星上,获得另外一次成为生命的机会。

以上的故事就是对我们每个人未来的一瞥;你肯定会更加珍惜明天!

来源: 量子科学论

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