宇宙的結(jié)構(gòu)

目前我們已經(jīng)知道宇宙中存在1000億個(gè)以上的星系。銀河系是太陽(yáng)所屬的一個(gè)龐大的恒星集團(tuán)，約包括10n顆恒星。銀河系的質(zhì)量約為1千億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，直徑約為10萬(wàn)光年。若對(duì)視星等在23等以?xún)?nèi)的星系做統(tǒng)計(jì)，星系總數(shù)在109個(gè)以上。

星系的空間分布不是無(wú)規(guī)律的，它也有成團(tuán)現(xiàn)象。上千個(gè)以上的星系構(gòu)成的大集團(tuán)叫大星系團(tuán)。大約只有10％的星系屬于這種大星系團(tuán)。大部分星系只結(jié)成十幾、幾十或上百個(gè)成員的小團(tuán)。

今天人們把10Mpc以上的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。目前觀(guān)測(cè)到的宇宙的大小是104Mpc。有跡象表明，星系在大尺度上的分布呈泡沫狀，即有許多看不到星系的空洞區(qū)，而星系聚集在空洞的壁上，呈纖維狀或片狀結(jié)構(gòu)。這一層次的結(jié)構(gòu)叫超星系團(tuán)，它的典型尺度為幾十兆秒差距。

若把星系看成宇宙物質(zhì)的基本單元，那么，星系的分布狀況就是宇宙結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。

洛倫茲認(rèn)為，牛頓的絕對(duì)空間里充滿(mǎn)了靜止以太。地球是在靜止以太的海洋中以30千米／秒的速度運(yùn)行，必然有30千米／秒的以太風(fēng)產(chǎn)生。1887年，邁克爾孫和莫雷進(jìn)行了多次精確實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有檢測(cè)到以太風(fēng)，這被稱(chēng)為零結(jié)果。1921年～1925年，美國(guó)物理學(xué)家米勒又與莫雷合作，他們多次重復(fù)了邁克爾孫實(shí)驗(yàn)，都得到了非零的結(jié)果(即0.33的結(jié)果，相當(dāng)于觀(guān)測(cè)到了10千米/秒的以太風(fēng))。到了1976年～1977年，實(shí)驗(yàn)在兩個(gè)地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)是在普林斯頓，另一個(gè)是在加利福尼亞大學(xué)，先后進(jìn)行了10次實(shí)驗(yàn)。他們不但發(fā)現(xiàn)了地球運(yùn)動(dòng)的全速以太風(fēng)，還發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系以300千米/秒的速度在繞銀河中心運(yùn)動(dòng)，銀河系在以太海中的穿行速度為600千米／秒，而太陽(yáng)和地球的凈速度是400千米/秒。

所以，在計(jì)算宇宙的死亡時(shí)間時(shí)，我們可以取星系繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)的平均速度——600千米/秒。

空旋渦場(chǎng)的數(shù)量

宇宙的運(yùn)動(dòng)是由暗能量來(lái)推動(dòng)的。暗能量總是以一種旋渦運(yùn)動(dòng)的形式出現(xiàn)，所以，在暗能量的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)形成一種旋渦場(chǎng)，我們稱(chēng)之為暗能量旋渦場(chǎng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為旋渦場(chǎng)。包含有大量物質(zhì)的旋渦場(chǎng)叫做物理旋渦場(chǎng)，沒(méi)有任何物質(zhì)的旋渦場(chǎng)叫做空旋渦場(chǎng)。

按照大小次序，物理旋渦場(chǎng)劃分為如下四類(lèi)：S1旋渦場(chǎng)，它代表星系團(tuán)旋渦場(chǎng)；A1旋渦場(chǎng)，它代表星系旋渦場(chǎng)；B1旋渦場(chǎng)，它代表星團(tuán)旋渦場(chǎng)；C1旋渦場(chǎng)，它代表恒星旋渦場(chǎng)。

空旋渦場(chǎng)分別用s2、A2、B2和c2來(lái)表示：s2旋渦場(chǎng)，它的尺度以一個(gè)星系團(tuán)為標(biāo)準(zhǔn)；A2旋渦場(chǎng)，它的尺度以一個(gè)星系為標(biāo)準(zhǔn)；B2旋渦場(chǎng)，它的尺度以一個(gè)星團(tuán)為標(biāo)準(zhǔn)：C2旋渦場(chǎng)，它的尺度以一個(gè)恒星系為標(biāo)準(zhǔn)，如太陽(yáng)系等。

由于A(yíng)1旋渦場(chǎng)正處于收縮狀態(tài)，而A2旋渦場(chǎng)則處于膨脹狀態(tài)。所以，A2旋渦場(chǎng)的平均尺度必定大于A(yíng)1旋渦場(chǎng)的平均尺度。所以，我們可以認(rèn)為，宇宙中A2旋渦場(chǎng)的數(shù)量大約和Al旋渦場(chǎng)的數(shù)量相等，約為1000億個(gè)。A2旋渦場(chǎng)的平均半徑為12kpc。

宇宙的現(xiàn)狀

目前，星系正處于收縮狀態(tài)，但這種收縮是由暗能量的衰退造成的。S2和A2這兩種空旋渦場(chǎng)都處于膨脹狀態(tài)，而這種膨脹是由暗能量的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。由于S2和A2這兩種空旋渦場(chǎng)內(nèi)沒(méi)有恒星等物質(zhì)，所以，這種旋渦場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中就沒(méi)有任何負(fù)荷。在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，它們必然會(huì)膨脹。暗能量每10億年以5.3％的比例衰退，所以，星系的收縮是很緩慢的。相比之下，s2和A2這兩種空旋渦場(chǎng)的膨脹就快得多。所以，目前的宇宙正處于快速膨脹之中。

宇宙收縮的過(guò)程

暗能量每10億年以5.3％的比例衰退，導(dǎo)致星系不斷地收縮。240億年后，暗能量將減少73％，每個(gè)星系都將收縮為一個(gè)奇點(diǎn)，變成一個(gè)奇點(diǎn)黑洞。那時(shí)，宇宙中將不再有恒星，只存在如下三種東西：一是位于宇宙中心和星系團(tuán)中心的暗能量黑洞；二是1000億個(gè)以上的奇點(diǎn)黑洞；三是1000億個(gè)以上的A2旋渦場(chǎng)。

當(dāng)星系旋渦場(chǎng)收縮時(shí)，在它周?chē)目招郎u場(chǎng)就會(huì)膨脹；當(dāng)它收縮為一個(gè)奇點(diǎn)黑洞時(shí)，在它周?chē)目招郎u場(chǎng)也會(huì)同步跟進(jìn)，它們總是保持著接觸。當(dāng)奇點(diǎn)黑洞繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就會(huì)進(jìn)入附近的空旋渦場(chǎng)中。首先，它進(jìn)入體積較小的c2旋渦場(chǎng)中。由于奇點(diǎn)黑洞擁有一個(gè)星系的質(zhì)量，所以，c2旋渦場(chǎng)就處于一種超負(fù)荷狀態(tài)而無(wú)法旋轉(zhuǎn)。在黑洞的巨大引力作用下，c2旋渦場(chǎng)會(huì)快速地向黑洞方向收縮，直到它完全被黑洞吞噬。所以，當(dāng)奇點(diǎn)黑洞穿過(guò)c2旋渦場(chǎng)時(shí)，c2旋渦場(chǎng)將會(huì)被完全吞噬掉。

奇點(diǎn)黑洞吞噬了c2旋渦場(chǎng)后，它又以同樣的方法一個(gè)接一個(gè)地吞噬B2旋渦場(chǎng)、A2旋渦場(chǎng)和s2旋渦場(chǎng)。在這個(gè)過(guò)程中，奇點(diǎn)黑洞吸收的暗能量越來(lái)越多，它的旋轉(zhuǎn)速度也越來(lái)越快。

宇宙死亡的時(shí)間

所有的星系都變成奇點(diǎn)黑洞之后，假設(shè)它們繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能為Ep。宇宙的暗能量則分為兩部分：一是用來(lái)推動(dòng)奇點(diǎn)黑洞自轉(zhuǎn)的暗能量，用Enj來(lái)表示；二是用來(lái)推動(dòng)奇點(diǎn)黑洞繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)的暗能量，用Enk來(lái)表示。在奇點(diǎn)黑洞吞噬空旋渦場(chǎng)之前，宇宙處于一種平衡狀態(tài)，即Enk等于Ep。這時(shí)，宇宙既不會(huì)膨脹，也不會(huì)收縮。

在奇點(diǎn)黑洞吞噬A2旋渦場(chǎng)的過(guò)程中，一方面用來(lái)維持宇宙旋轉(zhuǎn)的暗能量Enk在快速減小，宇宙在快速收縮；另一方面用來(lái)推動(dòng)奇點(diǎn)黑洞自轉(zhuǎn)的暗能量Enj在快速增加，黑洞的旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越快。

假設(shè)奇點(diǎn)黑洞繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)的平均速度為600千米／秒。當(dāng)奇點(diǎn)黑洞經(jīng)過(guò)C2和B2旋渦場(chǎng)時(shí)，就會(huì)把它們吞噬掉。所以，奇點(diǎn)黑洞繞宇宙中心運(yùn)動(dòng)的速度實(shí)際上就是它吞噬空旋渦場(chǎng)的速度。A2旋渦場(chǎng)的平均直徑為24kpc千米。奇點(diǎn)黑洞通過(guò)一個(gè)A2旋渦場(chǎng)所需的時(shí)間為4000萬(wàn)年。所以，奇點(diǎn)黑洞用4D00萬(wàn)年的時(shí)間就可以穿過(guò)一個(gè)A2旋渦場(chǎng)，同時(shí)它也把A2旋渦場(chǎng)吞噬掉。由于奇點(diǎn)黑洞的數(shù)量約等于A(yíng)2旋渦場(chǎng)的數(shù)量，所以，當(dāng)所有星系都變成奇點(diǎn)黑洞之后，再過(guò)4000萬(wàn)年，宇宙中所有的空旋渦場(chǎng)都將被吞噬掉。那時(shí)，宇宙將收縮為一個(gè)奇點(diǎn)，宇宙由此而亡。所以，我們可以得出如下結(jié)論：

240億年后，宇宙中所有的星系都將死亡，變成1000億個(gè)以上的奇點(diǎn)黑洞。

241億年后，宇宙也將死亡，變成一個(gè)奇點(diǎn)黑洞。

鏈接

量子科學(xué)家的好奇心可能在無(wú)意之間將世界送向毀滅之路。一種新的理論認(rèn)為，哪怕只是簡(jiǎn)單的觀(guān)測(cè)。天文學(xué)家也可能加速宇宙的“死亡”進(jìn)程。兩名美國(guó)科學(xué)家克勞斯和登特得出了這個(gè)令人跌破眼鏡的結(jié)論。

正如科學(xué)家所指出的那樣，暗能量是一種神秘莫測(cè)的能量，它能夠?qū)⑿窍捣指铋_(kāi)采，但天文學(xué)家對(duì)這種能量進(jìn)行測(cè)量實(shí)在是一種膽大妄為的做法，這種做法可能讓傳說(shuō)中的“哈米吉多頓”進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。宇宙的消亡與量子系統(tǒng)一個(gè)奇怪的特性有關(guān)，亞原子粒子甚至于整個(gè)宇宙的命運(yùn)都是由量子系統(tǒng)掌控的。量子系統(tǒng)能夠隨機(jī)改變它們的能量狀態(tài)，這種改變是在一個(gè)放射性原子衰變時(shí)出現(xiàn)的。

令科學(xué)家擔(dān)憂(yōu)的是，在過(guò)去的10年時(shí)間里，天文學(xué)家可能已經(jīng)在無(wú)意間讓宇宙進(jìn)入一個(gè)更為危險(xiǎn)的狀態(tài)，原因在于：對(duì)暗能量影響的觀(guān)測(cè)可能重新設(shè)置了宇宙的“衰變之鐘”。

在著名的“薛定諤貓”實(shí)驗(yàn)中，一只貓被赦進(jìn)一個(gè)盒子中，它的命運(yùn)完全由亞原子粒子決定，如果沒(méi)有原子衰變等量子事件發(fā)生，這只貓將繼續(xù)活著。按照一般常識(shí)來(lái)猜測(cè)，這只貓非死即活，但按照量子理論，卻是活貓和死貓兩種狀態(tài)并存，即死與活兩種狀態(tài)疊加在一起，是一只又死又活的貓!直到有人掀起蓋子，才能斷定這只貓是活著還是死了。

克勞斯和登特說(shuō)，出現(xiàn)一次隨機(jī)性能量轉(zhuǎn)換的可能性較以往相比大大提高，這種轉(zhuǎn)換一旦出現(xiàn)，將給宇宙帶來(lái)毀滅性影響。克勞斯在接受《新科學(xué)家》雜志采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“聽(tīng)起來(lái)似乎令人難以置信，但我們對(duì)暗能量的探測(cè)可能減少宇宙的預(yù)期壽命。簡(jiǎn)單地說(shuō)。我們可能讓宇宙長(zhǎng)期存在的可能性不復(fù)存在，它更有可能進(jìn)入衰變過(guò)程?！?/p>