核聚變不可逆轉,當所有恒星都燃燒殆盡,宇宙是否就走到了盡頭?

現在的宇宙正處于一個群星閃耀的時期,無論我們向宇宙中的哪個方向看去,總是會看到大量的恒星,然而這些恒星卻不會永遠存在,因為宇宙中的恒星所釋放出的光和熱,都是來自于其內部的核聚變反應,當恒星內部的「燃料」燃燒殆盡之後,它們就會「熄滅」。

氫元素是恒星核聚變的「基礎燃料」,也是宇宙中最多的元素,從宇宙誕生開始一直到現在,宇宙中的恒星所消耗的氫元素也不到其總量的1%,然而由于核聚變不可逆轉,因此宇宙中可以被恒星用來進行核聚變的物質,遲早會有消耗完的那一天。根據現有的宇宙模型可以估算出,在大約100萬億年之後,宇宙中所有的恒星都將徹底「熄滅」。

核聚變不可逆轉,當所有恒星都燃燒殆盡,宇宙是否就走到了盡頭?

答案當然是否定的,實際上,科學家們對「宇宙在未來會如何演化」提出了多種假說,例如「宇宙大撕裂假說」認為,驅動宇宙膨脹的暗能量將在未來逐漸增強,並最終將宇宙中所有的物質撕成亞原子粒子。

「宇宙熱寂假說」認為,宇宙的熵會隨著時間的流逝而不斷增加,當熵達到最大值時,宇宙中就再也沒有可以維持運動或者生命的能量存在(注:熵可以理解為一個系統的混亂程度,熵越高,系統的混亂程度就越大)。

而「振盪宇宙假說」則認為,宇宙在未來並不會無休無止地膨脹下去,當宇宙膨脹到一定程度的時候,就會在萬有引力的作用下開始坍縮,隨著這個過程的持續,宇宙的坍縮將會越來越快,最終重新成為一個極為緻密的「奇點」,在此之後,「宇宙大爆炸」又會再次發生,如此反復。

總而言之,在科學家提出的這些假設中,沒有任何一種會認為,恒星全部「熄滅」就是宇宙最終的結局。需要指出的是,即使是上述假說都不成立,宇宙也需要非常漫長的時間才會走到盡頭。

當所有恒星都燃燒殆盡之後,宇宙中並不會陷入絕對的黑暗,因為一些恒星的殘骸(如中子星、白矮星),會因為自身的高溫而緩慢地向外輻射出能量,黑洞在吸收周圍的物質時,也會在黑暗中綻放出一絲光明,在中子星或白矮星發生碰撞之時,甚至還會「曇花一現」般地發出強烈的光芒(超新星爆發)。

除此之外,宇宙中的兩顆(或多顆)褐矮星合併之後形成的天體,其內部還會點燃核聚變,進而形成低質量的紅矮星,並在接下來的很長一段時間裡,給宇宙帶來一點點微弱的光明。

(注:褐矮星是一種質量介于恒星和行星之間的天體,常被稱為「失敗的恒星」)

隨著時間的流逝,宇宙會變得越來越冷,也越來越暗,在大約10^40年之後,宇宙中將只剩下黑洞這一種天體,然而黑洞也不會在宇宙中永恆地存在。

根據物理學家斯蒂芬·霍金的研究,黑洞並不是我們想象中的那種「只進不出」的天體,實際上,黑洞會通過「霍金輻射」慢慢地向外釋放能量,並因此而損失自身的質量,我們可以簡單地理解為,宇宙中所有的黑洞都會以非常緩慢的速度「蒸發」。

當最後一個黑洞「蒸發」殆盡之後,宇宙中就只剩下了一些能量極低的光子以及亞原子粒子,從此再也不能泛起一絲波瀾,而此時的宇宙就可以認為是走到了盡頭。那麼這需要多長的時間呢?

黑洞的質量越大,其「蒸發」的速度就越慢,對于一個3倍太陽質量的恒星級黑洞來講,需要大約10^68年才會「蒸發」殆盡,而那些原本位于星系中心的超大質量黑洞,則需要10^92至10^93年才會完全消失。

也就是說,在這種情況下,宇宙至少需要10^92年的時候才會走到盡頭,與之相比,宇宙中所有恒星都燃燒殆盡所需要的時間卻「只有」10^14年(即100萬億年),根本就不值一提。

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