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大撕裂

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對正在大撕裂的星系所做的動態模擬想法。

大撕裂是一種宇宙論假說,在2003年首度被發佈,內容牽涉宇宙的終極命運。假說認為宇宙中的物質,從恆星星系到原子和次原子粒子,乃至時空本身,都會在未來有限的時間內因宇宙加速膨脹而逐漸被撕裂,直到粒子間距無限增大。根據宇宙學標準模型,宇宙標度因子在未來有限的時間內會變得無限大,在宇宙常數占主導地位的未來,更會呈指數級增長。不過,這種膨脹在每時刻都相似(因此有指數律——在相同時間間隔內,局部體積的膨脹次數相同,特點是哈勃常數不變且很小,對任何有束縛的物質結構而言都能忽略。大撕裂情形中,哈勃常數會在有限時間內發散。

只有令假想質能(幻能量)具有難以置信的物理特性,才有可能到達突裂奇點(sudden rip singularity)。[1]

概覽

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這假說的真實性取決於現有宇宙暗能量的類型。會導致大撕裂的暗能量是不斷增加的,稱作幻能量。若宇宙中暗能量無限制增加,就能最終克服一切維繫宇宙的力量;關鍵值是狀態方程參數w,即暗能量壓與能量密度。若,則宇宙膨脹將趨於加速,而暗能量將隨之消散,不會發生大撕裂。若,則其密度將隨宇宙膨脹而增加。

由幻能量主導的宇宙將是加速膨脹的宇宙,意味著可觀測宇宙宇宙視界將不斷收縮——物體能影響觀測者的距離變近,相互作用能傳播的距離縮短。視界小於任何特定結構之後,結構的最遠部分間便不能發生任何基本相互作用,可視作結構被「撕裂」。時間進程本身也將終止。這模型暗示,在有限時間之後將抵達最終的奇點,即「大撕裂」,當中可觀測宇宙的大小收斂到零,所有距離都發散。

這假說的提出者是達特茅斯學院的Robert R. Caldwel,計算得從現在到大撕裂的時間為

其中w如上述,哈勃常數是目前宇宙所有物質的密度。

錢德拉X射線天文台星系團速度的觀測似表明,w的值約在−0.907到−1.075之間,意味著大撕裂不能被明確排除。(根據上述方程,若觀測確定,則大撕裂最早會發生在1520億年後)[2]

示例

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論文中,作者考慮了的假想情形。這時,大撕裂將發生於約220億年後,星系將在之前2億年開始相互分離。 大撕裂前6000萬年,星系將開始解體,因為引力太弱。太陽系這樣的行星系會在大撕裂前約3個月失去引力束縛,行星將飛入迅速膨脹的宇宙。最後幾分鐘,恆星和行星將被撕裂。原子大約在大撕裂前秒被摧毀(首先因電子飛去而電離,然後原子核離解)。大撕裂時,時空本身都將被撕裂,宇宙標度因子將達到無窮大。[3]

可觀測宇宙

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證據表明,我們的宇宙中w非常接近-1,所以w成了方程的支配項。w越接近-1,分母就越接近零,大撕裂就越遙遠;而若w恰好等於-1,則無論有多大,大撕裂都不會發生。

根據最新宇宙學數據,不確定性仍然很大,不能區分是中的哪種情形。[4][5]

此外,由於統計波動,幾乎不可能精確測得。也就是說,w的測量值將可以任意地接近-1,因此即便最終也幾乎不能完全排除大撕裂的可能。[6]

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Ellis, George F. R.; Maartens, Roy & MacCallum, Malcolm A. H. Relativistic Cosmology有限度免費查閱,超限則需付費訂閱. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2012: 146–147. ISBN 978-0-52138-115-4. 
  2. ^ Vikhlinin, A.; Kravtsov, A. V.; Burenin, R. A.; et al. Chandra Cluster Cosmology Project III: Cosmological Parameter Constraints. The Astrophysical Journal. 2009, 692 (2): 1060–1074. Bibcode:2009ApJ...692.1060V. S2CID 15719158. arXiv:0812.2720可免費查閱. doi:10.1088/0004-637X/692/2/1060. 
  3. ^ Caldwell, Robert R.; Kamionkowski, Marc; Weinberg, Nevin N. Phantom Energy and Cosmic Doomsday. Physical Review Letters. 2003, 91 (7): 071301. Bibcode:2003PhRvL..91g1301C. PMID 12935004. S2CID 119498512. arXiv:astro-ph/0302506可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.91.071301. 
  4. ^ WMAP 9 Year Mission Results. wmap.gsfc.nasa.gov. [2017-09-22]. (原始內容存檔於2017-01-01). 
  5. ^ Allen, S. W.; Rapetti, D. A.; Schmidt, R. W.; Ebeling, H.; Morris, R. G.; Fabian, A. C. Improved constraints on dark energy from Chandra X-ray observations of the largest relaxed galaxy clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2008, 383 (3): 879. Bibcode:2008MNRAS.383..879A. S2CID 18200810. arXiv:0706.0033可免費查閱. doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12610.x. 
  6. ^ Katie Mack, Tearing Apart the Universe, 2020-10-07 [2023-12-20], (原始內容存檔於2023-11-20) 

外部連結

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