宇宙 核聚變是不可逆的,那是不是恒星都燒完了,宇宙就會走到盡頭?

宇宙并不是永恒的
一直以來,人們都認為宇宙是永恒不變的。這樣的情況持續到了上世紀20年左右。最先是愛因斯坦在推導廣義相對論引力場方程時,他就發現,方程所表示出的是一個膨脹的宇宙。這不符合愛因斯坦自己的觀念,他認為宇宙是永恒的,于是,他給這個方程加了一個宇宙學常數,這就使得方程預言的宇宙是一個永恒穩定的宇宙。
宇宙|核聚變是不可逆的,那是不是恒星都燒完了,宇宙就會走到盡頭?

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可沒過幾年,哈勃在觀測星系時,就發現了星系紅移的現象,這說明星系在離我們遠去。這個發現讓科學家們很疑惑,隨著后來的深入研究,科學家發現,星系本身沒有在動,動的其實是宇宙的空間,也就是說,宇宙在膨脹。這和愛因斯坦一開始得到的引力場方程不謀而合。

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幾乎在哈勃發現星系紅移的同時,或者說稍早一點點,有個勒梅特的人,他就提出了一個觀念,他認為宇宙有個熾熱的開端,同時也有個終局。而從哈勃的發現,我們也確實可以來聯想到,如果宇宙空間是逐漸膨脹的,那么倒推回去,宇宙不就是起源于一個“致密的點”么?科學家管這個叫做奇點。

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后來,科學家弗里德曼、伽莫夫、迪克甚至包括2019年諾貝爾物理學獎獲得者皮布爾斯,他們通過已有的理論和觀測,建立了一套標準宇宙模型,預言了兩個大爆炸的證據:宇宙微波背景輻射氦原子豐度后來,這兩個證據也都被觀測所證實。這也才使得宇宙大爆炸理論被主流科學家所承認。與此同時,宇宙微波背景輻射則成為了科學家手中的一把利劍,它可以讓科學家了解宇宙的過去、現在和將來。


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宇宙的終局按照目前的理論,我們知道,宇宙大爆炸的早期宇宙中充滿了光子,夸克等離子,但沒有原子核和電子,空間的膨脹和溫度的降低,逐漸出現了質子,中子,電子。然后出現了原子核結構,最后出現了原子結構。


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而我們都知道氫原子核內只有一個質子,是最容易形成的,然后是氦原子核2個質子和2個中子,這兩個元素是元素周期表最靠前的兩個元素。因此,宇宙最最多的就是氫原子,其次是氦,其中氫原子占到了70%以上,剩余的基本上都是氦原子,其余的不到1%是其他元素原子。

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大概是在宇宙誕生之后的2億年,也就是距今136億年前,宇宙中的分子云在引力坍縮下,形成了恒星。恒星內核其實是在發生氫原子核的核聚變反應。(之所以是氫原子核的核聚變反應,主要是因為宇宙中含量最高的氫原子,其次氫原子核的核聚變反應條件門檻最低。)

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從這時起,宇宙中的恒星大多數都是以燒氫原子核為主的,其中很多恒星就停在了這里,沒辦法啟動氦原子核的核聚變反應,還有一小撮停在了氦原子核的核聚變反應,沒辦法繼續引發碳核聚變反應。只有很少很少的恒星可以一路核聚變到鐵,甚至是超新星爆炸。特大質量的恒星在晚年,同時在不同層面上發生核聚變反應的。最終要么形成中子星要么形成黑洞。

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通過模型計算,我們可以得到100萬年億年后,所有的恒星都會逐漸耗盡氫原子并逐漸死去。但此時,并不是宇宙的終局,不僅不是,而且距離宇宙終局十分遙遠。120萬億年后,宇宙中的大質量天體就會只剩下矮星、中子星和黑洞;
3*10^43年后,宇宙中的天體就會只剩下黑洞。
10^100年后宇宙中所有的黑洞會因為霍金輻射而蒸發殆盡,一切物質都會衰變成亞原子顆粒,宇宙逐漸向最后的逼近,最終走向熱寂。
以上這些,其實是有理論依據的,但是并不是說一定就會這樣,這是按照我們目前的認知得來的結果。主要依靠的就是標準宇宙學模型,其中宇宙微波背景輻射起到了決定性的作用。從這張圖中,我們可以知道宇宙目前的密度低于臨界密度。(補充一點,臨界密度是指宇宙不收縮,也幾乎不膨脹時的密度。),這也就是說,按照目前的觀測結果,宇宙是走向撕裂和熱寂的結果,這也被稱為冷死亡。而所謂的熱寂,指的就是宇宙中處處的溫度都是一致的,這導致不存在熱傳遞,也就沒信息的傳遞,宇宙陷入一篇死寂。

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