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核聚变不可逆转,当所有恒星都燃烧殆尽,宇宙是否就走到了尽头?

这个是认证

魅力科学君

2021-09-24 15:57

90629 1 0

现在的宇宙正处于一个群星闪耀的时期,无论我们向宇宙中的哪个方向看去,总是会看到大量的恒星,然而这些恒星却不会永远存在,因为宇宙中的恒星所释放出的光和热,都是来自于其内部的核聚变反应,当恒星内部的“燃料”燃烧殆尽之后,它们就会“熄灭”。

核聚变不可逆转,当所有恒星都燃烧殆尽,宇宙是否就走到了尽头?

氢元素是恒星核聚变的“基础燃料”,也是宇宙中最多的元素,从宇宙诞生开始一直到现在,宇宙中的恒星所消耗的氢元素也不到其总量的1%,然而由于核聚变不可逆转,因此宇宙中可以被恒星用来进行核聚变的物质,迟早会有消耗完的那一天。根据现有的宇宙模型可以估算出,在大约100万亿年之后,宇宙中所有的恒星都将彻底“熄灭”。

核聚变不可逆转,当所有恒星都燃烧殆尽,宇宙是否就走到了尽头?

答案当然是否定的,实际上,科学家们对“宇宙在未来会如何演化”提出了多种假说,例如“宇宙大撕裂假说”认为,驱动宇宙膨胀的暗能量将在未来逐渐增强,并最终将宇宙中所有的物质撕成亚原子粒子。

核聚变不可逆转,当所有恒星都燃烧殆尽,宇宙是否就走到了尽头?

“宇宙热寂假说”认为,宇宙的熵会随着时间的流逝而不断增加,当熵达到最大值时,宇宙中就再也没有可以维持运动或者生命的能量存在(注:熵可以理解为一个系统的混乱程度,熵越高,系统的混乱程度就越大)。

而“振荡宇宙假说”则认为,宇宙在未来并不会无休无止地膨胀下去,当宇宙膨胀到一定程度的时候,就会在万有引力的作用下开始坍缩,随着这个过程的持续,宇宙的坍缩将会越来越快,最终重新成为一个极为致密的“奇点”,在此之后,“宇宙大爆炸”又会再次发生,如此反复。

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总而言之,在科学家提出的这些假设中,没有任何一种会认为,恒星全部“熄灭”就是宇宙最终的结局。需要指出的是,即使是上述假说都不成立,宇宙也需要非常漫长的时间才会走到尽头。

当所有恒星都燃烧殆尽之后,宇宙中并不会陷入绝对的黑暗,因为一些恒星的残骸(如中子星、白矮星),会因为自身的高温而缓慢地向外辐射出能量,黑洞在吸收周围的物质时,也会在黑暗中绽放出一丝光明,在中子星或白矮星发生碰撞之时,甚至还会“昙花一现”般地发出强烈的光芒(超新星爆发)。

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除此之外,宇宙中的两颗(或多颗)褐矮星合并之后形成的天体,其内部还会点燃核聚变,进而形成低质量的红矮星,并在接下来的很长一段时间里,给宇宙带来一点点微弱的光明。

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(注:褐矮星是一种质量介于恒星和行星之间的天体,常被称为“失败的恒星”)

随着时间的流逝,宇宙会变得越来越冷,也越来越暗,在大约10^40年之后,宇宙中将只剩下黑洞这一种天体,然而黑洞也不会在宇宙中永恒地存在。

根据物理学家斯蒂芬·霍金的研究,黑洞并不是我们想象中的那种“只进不出”的天体,实际上,黑洞会通过“霍金辐射”慢慢地向外释放能量,并因此而损失自身的质量,我们可以简单地理解为,宇宙中所有的黑洞都会以非常缓慢的速度“蒸发”。

核聚变不可逆转,当所有恒星都燃烧殆尽,宇宙是否就走到了尽头?

当最后一个黑洞“蒸发”殆尽之后,宇宙中就只剩下了一些能量极低的光子以及亚原子粒子,从此再也不能泛起一丝波澜,而此时的宇宙就可以认为是走到了尽头。那么这需要多长的时间呢?

黑洞的质量越大,其“蒸发”的速度就越慢,对于一个3倍太阳质量的恒星级黑洞来讲,需要大约10^68年才会“蒸发”殆尽,而那些原本位于星系中心的超大质量黑洞,则需要10^92至10^93年才会完全消失。

也就是说,在这种情况下,宇宙至少需要10^92年的时候才会走到尽头,与之相比,宇宙中所有恒星都燃烧殆尽所需要的时间却“只有”10^14年(即100万亿年),根本就不值一提。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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这个是认证
秋毕少新
亚原子粒子也太高深了吧
2021-09-24 16:33
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