宇宙未来之大撕裂文献综述

#科目：普通天文学题目：宇宙未来之大撕裂研究综述学院：物理学院姓名：郭杉年级：2012级学号：2012012798宇宙未来之大撕裂研究综述摘要：我们生活在浩渺的宇宙之中，因此科学家们对宇宙的研究从古至今从未停止过。对于宇宙的起源，大爆炸学说作为现代宇宙系当中最有影响的一种学说被大多数人支持。然而对于宇宙的未来，却众说纷纭。本文将从最近提出的一种宇宙未来假设——大撕裂出发，对近几年的相关文献进行梳理与总结。关键词：宇宙未来；大撕裂；终结前言：“直到不久前，我们还认为宇宙可能有两种结局：向内收缩挤压崩溃，或者无限地膨胀，密度无限地稀释，现在我们认为可能还存在第三种可能——‘大撕裂'（BigRip,相对于宇宙起源‘大爆炸'BigBang）。”——卡德威尔一、简介有一些宇宙学家认为,暗能量密度可能会随空间增大而增大（暗能量被大部分人认为是恒定不变的,后来有人假设暗能量可能会变化）。他们把这种暗能量称为幻能。在这种情况下,我们将会看到宇宙的一种极为惨烈的结局——大撕裂。在这种情景中,宇宙将越来越受到暗能量的控制,并且膨胀的加速度将会越来越大。当出现这样的情景时,与大凄凉类似,任何留在地球上的观测者看到的星系将越来越少。随后,幻能将把被万有引力束缚在一起的天体剥离开来,宇宙中任何靠万有引力支撑的东西都将发生分裂,所有物质都将被撕碎。由于幻能不断增加,在宇宙终结前大约1年,它将把我们的地球扯离开太阳系。在宇宙终结之前1小时,幻能将撕碎地球。这就是大撕裂。（百度百科）二、理论提出2003年5月，美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特•卡德威尔提出了这种宇宙“壮烈”死亡的观点。宇宙将在数百数千亿年后毁于更为可怕的“大撕裂”。卡德维尔称，到那时，由宇宙暗能量质变生成的“幻能”将撕裂宇宙中的一切物质，哪怕是一颗微小的原子核。（百度百科）三、理论依据研究认为，“宇宙是否发生大撕裂,取决于神秘暗能量的性质”。（渐生，2003）暗能量是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。现在，宇宙正在加速膨胀。暗能量占据宇宙全部物质的74%，它是宇宙加速膨胀的推手。宇宙的膨胀进程处于两种相克的力量平衡之中，如同阴阳相克。其中的一种力量是引力，它们的作用使膨胀减速，而另一种强大的反制力量则是暗能量，它使宇宙加速膨胀。而现在看来，暗能量胜出了。（百度百科）然而暗能量究竟是什么？“时至今日，这个问题仍然是科学家们悬而未决的难题之一。”（邓雪梅，2009）“暗能量除具有加速宇宙膨胀的‘反引力'特征外,其本质是什么,一无所知。”（焦善庆&许弟余&龚自正，2006）但是，很多假设被提出。科学家们普遍认为，暗物质的候选者有三种，即精质、真空能和幻影能。每种候选者所导致的宇宙命运也截然不同。究竟哪种候选者能够“胜任”，这不但要依赖于一个参数值，而且还要依赖于该参数是否随时间而变。这个参数就叫做状态方程——它是压强与能量密度的比值。对于精质，它的状态方程的值位于－1／3到－1之间，它的密度随着时间的变化而变化、因地点的不同而不同。对于真空能，它的状态方程为常数－1，不随宇宙的膨胀而变化。对于幻影能，它的状态方程的值比－1小，在这个模型下，宇宙逐渐地被暗能量所主导，因此宇宙膨胀将会急剧地加速。（邓雪梅，2009）大撕裂假设即是在暗能量是幻影能的情况下提出的。若暗能量是幻影能，即状态方程小于-1，等待我们的将是史无前例的一场浩劫——宇宙大撕裂。卡米科维斯基指出：“如果状态方程比－1小很多，那么宇宙大撕裂的命运相对发生的较早。如果状态方程非常接近－1但仍然比－1要小，那么大撕裂就会迟些发生”（小月）四、影响来自中国的物理学家预测了宇宙大撕裂的场景，甚至制作出了时间表，他们认为在宇宙大撕裂前的2个月，地球将脱离太阳，而在大撕裂前5天，月球则将脱离地球。最恐怖的事件将发生在大撕裂前的28分钟，太阳将毁灭，而在8分钟过后，地球也将随之毁灭。（科学网，2012）中国科技大学、中科院理论物理研究所、西北大学和北京大学的科学家共同探讨了“宇宙大撕裂”理论将出现的最坏结果，他们指出，我们希望从当前数据中推断出未来宇宙所遭遇的最坏结果，在最糟糕的情况下，在167亿年之后宇宙时间将终结于一次暗能量的“宇宙大撕裂”。（腾讯科技网，2012）大撕裂假设的提出无疑又引起宇宙学家们的大讨论，也推动了对暗能量暗物质这些目前还不是很清楚的东西的研究的进行。五、理论前景事实上，要证明卡德维尔“大撕裂”的理论，还得依赖于将来发射的一颗“超新星加速度探测卫星”，只有通过它传回的数据，科学家们才可以进行正确的计算和研究，从而推算出暗能量最后是否会彻底毁灭我们的宇宙。（百度百科）天文学家将把“超新星加速探测器”,作为研究宇宙必将发生这种灾难的最好工具。超新星加速探测器其实是一颗计划在本世纪最初10年发射的卫星,它可以精确地测量几千颗超新星远离地球的速度,因而有助于研究暗能量怎样随时间而发生变化。（渐生，2003）也有不少学者对大撕裂有着积极的态度。中科院中国天文科普网“天之文论坛”版主小月指出：“当科技发展的速度超越宇宙膨胀的速度，人类阻止地球上的灾难，乃至从太阳系的毁灭中逃离出去，也许都不是难题。在战胜重重劫难之后，即使星系不断漂离远去，群星变得暗淡无光，即使人类仍然不懈地沉浸在计算‘大撕裂'的执著中，也能获得更多的机会去见证宇宙更丰富、更详尽的未来。”六、总结从这几年关于大撕裂的文献可以看出，由于该假设是在2003年提出的，所以相关文献比较少比较新，并且所研究的内容也不是很深。大多数文献只是大概描述了大撕裂假设的内容以及解释了相关概念，个别文章有具体计算过程。而新闻则只是突出了世界末日日期这一热点没有实质性的知识介绍。因此我认为对于暗能量这种新概念，科学家们还需要更多地努力，早日为我们揭开宇宙未来之谜。参考文献：邓雪梅.《暗能量：主宰宇宙命运的黑手》[J].科学世界2009年6月.渐生.《大撕裂宇宙发展第3种可能》[N].大众科技报2003年5月22日.木人.《宇宙大撕裂》[J].未知.小月.《宇宙大撕裂》[J].自然与科技,No.194(November-December2012).刘先曙.《宇宙发展的第三种可能:大撕裂》[J].ScienceandTechnologyReview2003年10月.焦善庆&许弟余&龚自正.《暗物质、暗能量对宇宙未来命运的影响》[N]云南大学学报(自然科学版),2006,28(4):316~318.[7]百度百科[EB/OL]./link?url二H3Z_jqVEiONqrsp_fW—W58x9yEOSSvlCMFSyNDCQ4nwf3LxYbl03c9US-p8qzyA0HnJHhs-3ymD9efUTloKYK2013—11—07百度百科[EB/O