这就是为什么在未来的宇宙中只能看到一个星系?
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发布时间：2022-07-10 07:29
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时间：2022-07-13 06:08
“从混沌的宇宙到未来的世界，万物有始有终。”——布森特
仔细想一下，有什么你知道的东西是永恒的？没有吧！就连以前称为的恒星，现在也不“恒”了。那宇宙呢？在大爆炸框架下，它有开始就有结束。你可能会认为能量（物质）守恒，重子数守恒，但是它们要是超出了我们的可观测宇宙和我们脱离了因果联系，我们也会失去它们。今天我们就说下宇宙的未来，以及为什么说在未来的天空中我们只能看到一个星系？
北半球的冬天来了，但还会有春天，但宇宙呢？
现在的时节，生活在北半球的人们，尤其是纬度比较高的地区，已经感受到了冬天满满的恶意！在未来的几个月更甚，寒流、冰冻和暴风雪将席卷整个北半球。
但我们从来不会担心，天越来越冷，大地永远不再回春，甚至是温度低到绝对零度！因为我们可以绝对肯定地说，寒冷只是暂时的，几个月后春天肯定会悄然而至！
在冬至之前北方的天只会越来越冷，因为北半球正在远离太阳。在接下来的几个月里，北半球将再次向太阳倾斜，随着阳光直射的增加，温度也会随之升高。
是的！我们有太阳，但整个宇宙呢？随着时间的推移，当它慢慢失去自身的温度，谁来温暖它？这实际上是一个终极问题：宇宙的命运是什么？为了理解结局问题，我们必须回到起源的问题。毕竟一个东西怎么来的，就大致决定了它是怎么没的。
在没有发现暗能量的时候，我们认为的宇宙命运
按现在的观测理解，宇宙可能来自大爆炸，这个模型告诉我们，目前所知的宇宙包括所有的物质和辐射都是从一个热的、密集的、膨胀的阶段开始，一直到现在冷的，稀疏的状态，唯一没有变得就是宇宙还在膨胀，但从“嘭的一声”开始宇宙的膨胀速度一直在减慢。
当我们听到“宇宙正在膨胀”的时候，脑海里可能会浮现出这样一幅画面。也许是星系附着在气球的表面被吹起来；也许是烤面包时里的葡萄干；也许是一个充了空气的肥皂泡，或者是其他类似膨胀的东西。
所有我们能想到的画面都只是对广义相对论数学框架的类比，或者是用二维平面对三维空间的类比，真实的空间是怎样增长的，我们确实想象不出来！但是我们已经知道了有两件事决定了宇宙的膨胀：
1、所有不同形式的能量密度。这包括普通物质、暗物质、暗能量、中微子、光子、宇宙弦、磁畴、磁单极子，以及任何你能想象到的更加奇特的物质。
2、在特定的时间里，宇宙的膨胀率是多少。
下面我们就说下宇宙的膨胀特性是如何随着时间演变的。
简单地说，有三种可能性。随着宇宙的不断膨胀，粒子的总数保持不变，但体积却在不断增加，这意味着能量密度在下降，由于膨胀率取决于能量密度，所以膨胀率也在下降。基于此，这里有三种（简单的）可能性：
宇宙膨胀速度太慢。如果膨胀率在任何时候都低于某个临界值（由能量密度决定），膨胀率将在有限的时间内降到零。在引力的作用下，宇宙将进入一个收缩而不是膨胀的阶段，在一个大的收缩中重新崩塌。这就是一个“火”的命运，因为大爆炸遗留下来的辐射会重新升温，物质密度会不断升高，最后把所有已知的物体都重新融合到一起。
宇宙膨胀得太快。如果膨胀率高于由能量密度决定的临界值，也就是说宇宙中根本没有足够的“物质”来阻止膨胀，整个宇宙将永远膨胀下去。虽然膨胀率会下降，但永远不会达到零值，而是一个非零的正值，相反，我们会发现自己生活在一个“开放的宇宙”中。这种情况的宇宙命运被称为热寂，或“冰”的场景。
宇宙膨胀得恰到好处。如果膨胀率恰好是由能量密度决定的临界值，膨胀率就会无限的趋近于零，但永远达不到零值。宇宙中只要多一个或少一个粒子，就会得到上面的第一种或第二种情况，这种情况会导致宇宙最慢的热寂。
以上的可能都说明了一件事，就是宇宙初始条件，直接影响了宇宙的命运！而且以上的这些场景对初始条件非常非常敏感，下面我们来看看早期宇宙中的膨胀率的“不同”，就给出一个非常不同的宇宙。
其实以上三种不同曲线的膨胀率仅仅差了10^24分之一不到！就意味着宇宙命运的巨大差别，一个几乎是今天的两倍大的宇宙，和一个已经重新崩塌的宇宙！事实证明膨胀率和能量密度配合的恰到好处，宇宙感觉像是微调过一样，我们的宇宙完全属于第三种可能！
但是，你肯定也注意到了，我们忽略了暗能量的存在，如果有暗能量，第三种场景就不太正确了，需要一点点修正！
暗能量下的宇宙命运
膨胀率不是趋向于零，而是趋向于一个小而有限的值！ 这是一个非常非常重要的变化，因为暗能量加速了宇宙冰冷命运的到来！随着宇宙的继续膨胀，膨胀率不会下降，而是保持着显著性稳定性，因此当时间流逝两倍时，某物的距离就会增加一倍；当时间流逝三倍时，它就远离六倍的距离；当四倍的时间时，就是八倍的距离，依此类推！
也就是说星系之间的距离开始以指数级的方式增加，就像上面概述的那样。这意味着任何一个现在不受引力束缚的星系，包括宇宙中所有的大星系团和本地星系群以外的天体，都将随着时间的推移加速远离我们。 这就是为什么我们称之为加速的宇宙！我们需要知道的是，即使膨胀率本身没有增加，情况也是如此；如果膨胀率增加，膨胀的速度也会以指数的方式增长！
这一切都是因为暗能量的存在：一种空间自身固有的能量！与随着宇宙膨胀而稀释的物质和辐射不同，暗能量相当于宇宙常数，因为即使宇宙继续膨胀，暗能量密度也保持不变！
为什么说在未来的天空中我们只能看到一个星系？
我们宇宙不只是在热寂中结束，而且会以最快的速度让热寂到来！在未来上图中的每一个星系都将从我们的视野中消失，就目前来说其中的许多星系即使是现在我们以光速旅行也已经无法到达它们，因为它们目前的退行速度比光速还要快！虽然如此，我们也不必担心，因为这是一个非常非常漫长的过程，而且在未来很长一段时间里，我们自己的本星系群将会发生大量有趣的事情。
我们都知道，也是经常说的一件事，本星系群中的所有物体，包括一万亿颗恒星，甚至更多的行星、气体和暗物质最终会合并成一个巨大的宇宙“怪兽”，也就是说到那时如果地球上还有幸存在人类的话，他们仰望星空，只能看到宇宙中只有一个星系，那就是自己所处的巨大椭圆星系。我们真的无法想象，到时的人类有多么的困惑，浩瀚的宇宙中什么也没有，这怎么解释？只能说穷尽所有的智慧都不可能得出任何正确的答案。
即使是我们现在，由于宇宙的加速膨胀，可观测宇宙97%的星系即使是光速旅行已经不可到达了。也可以说它们发出的光也永远无法到达我们。这一切都是暗能量惹的祸。
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时间：2022-07-13 06:09
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