【宇宙的盡頭是什麼？宇宙加速膨脹、膨脹宇宙的未來、宇宙的終極命運】
※宇宙的盡頭是什麼？※ 2019-04-21 19:37 – 搜狐 -
宇宙有盡頭嗎？如果承認宇宙有盡頭的話，那麼宇宙就是有邊界的咯，可是人類目前還沒有發現宇宙是有邊界的吧。
在我看來，宇宙的盡頭還是宇宙，也就是說，宇宙的外面還是宇宙，所以說，宇宙是沒有盡頭的。但是宇宙卻是有大小的，為什麼這麼說呢，因為我們的宇宙誕生於一場大爆炸之中，在138億年前，我們的宇宙由一個體積無限小，密度無限大的奇點爆炸而來，之後宇宙的體積急劇膨脹，直到今天，宇宙還在膨脹，並且膨脹的速度已經超過了光速，所以說，宇宙的某些區域，我們是看不見的。
正因為此，我們也不可能知道宇宙是否是有邊界的，不知道宇宙是否是有盡頭。我們的宇宙由可觀測宇宙部分和不可觀測宇宙部分組成，二者加起來才是整個宇宙的範圍，我們雖然不知道這個範圍到底有多大，但是我們可以知道，它一定是有始有終的，宇宙有一個開端時間，而宇宙是有大小範圍的，但是宇宙卻存在於一個扭曲的時空之中。
科學家也想知道宇宙是否是有盡頭，如果把宇宙比做一個池塘的話，那麼地球就是其中的一粒小石子，毫不起眼，我們一直嚮往走到宇宙的盡頭，但是我們有沒有想過，宇宙是否真的有盡頭呢？科學家為此做出了不少的努力，但是以我們目前的觀測水準，能夠觀測到的宇宙的尺度是很有限的，而宇宙距離我們最遙遠的地方，我們又是看不見的。所以說，我們距離丈量整個宇宙的尺度，還是任重而道遠。
有一些理論認為宇宙可能是一個套著一個的，就像一些科幻電影中描述的那樣，我們所在世界中的每一個粒子，或許其裏面都是一個宇宙，而我們自己的宇宙又是更大的宇宙中的一粒基本粒子。也有理論認為宇宙之外還是宇宙，而各個宇宙之間是平行存在的，互不干擾。還有一些想法認為，宇宙與宇宙之間就像泡泡一樣互相搭接，彼此有聯繫。
※宇宙加速膨脹※
宇宙加速膨脹是宇宙的膨脹速度越來越快的現象。以天文學術語來說，就是宇宙標度因子a(t)的二次導數是正值，這意味著星系遠離地球的速度，隨著時間演進，應該會持續地增快。這速度是哈勃定律裏所提到的退行速度。於1998年觀測Ia超新星得到的數據，提示宇宙的膨脹速度正在加快。物理學者索羅·珀爾穆特、布萊恩·施密特與亞當·黎斯「透過觀測遙遠超新星而發現了宇宙加速膨脹」，因此，共同榮獲2006年邵逸夫天文學獎與2011年諾貝爾物理學獎。
一、證實
在過去數年中，從各方面獨立觀測得到的結果，證實了宇宙加速膨脹的正確性，這包括宇宙微波背景輻射、宇宙的大尺度結構、宇宙的年齡、對於超新星更精確的觀測量、星系團（galaxy cluster）的X射線性質。
二、密度減低
假若現在宇宙正在膨脹，則其密度必定也正在減低，因為物質與物質之間的空間正在加大。假若繼續加速膨脹，則最終除人類自己所處的室女座超星系團之外，所有其它星系團都會極端紅移、加速遠離，偵測它們會變得更加困難，遙遠的宇宙也會變得越加黑暗。
三、解釋模型
現在，天文學者已研究出很多解釋宇宙加速膨脹的模型，這包括某種形式的暗能量：宇宙常數、第五元素、暗流體（dark fluid）、幻能量（phantom energy）。暗能量具有負壓強，相當均勻地分布於空間。這是暗能量所具有最重要的性質之一。
四、發散擴張
根據宇宙論假說大撕裂，幻能量會造成以指數函數增加的發散擴張，戰勝本域星系團的重力，將室女座超星系團徹底撕裂，然後會撕裂銀河系、太陽系、最後甚至小小原子。對於宇宙膨脹加速度的測量是決定宇宙的終極命運的關鍵。但是，這重要發現可能在短期內不會達成。
五、暗能量主控
隨著宇宙膨脹，暗物質的密度會比暗能量的密度減低更快。最終結果是暗能量會成為主控因素。更確切地說，假設宇宙體積加倍，則暗物質密度會減半，但暗能量密度大致保持不變（假若暗能量是宇宙常數，則暗能量會保持不變）。在宇宙常數模型裏，暗能量已經主控了物質的質能，而宇宙膨脹大約是時間的指數函數。根據這模型，在未來，膨脹的標度因子加倍時間（從a(t) {\displaystyle a(t)}變為 2 a(t){\displaystyle 2a(t)}）大約為114億年。
※膨脹宇宙的未來※
有物理宇宙學家指出，膨脹宇宙的未來很可能會為繼續膨脹。若果事實如此，宇宙將因其膨脹而繼續冷卻，並會達到並不足以支持生命的溫度。因此，膨脹宇宙的未來又稱為大凍結。
一、情況
膨脹宇宙的未來將會是蒼涼的。若根據宇宙學常數加速了宇宙的膨脹，星系間的距離將會持續增加。紅移將會被拉長，到達的光子將會是長波長和低能量的光子。恆星的形成仍會維持於1×1012至1×1014年，但形成恆星的氣體將會耗盡。當最後一顆恆星用完其燃料後，宇宙將不可能再支持生命及產生足夠熱量。根據預測質子衰變的理論，恆星殘餘物將會消失，剩下的將會只是黑洞，而黑洞亦會因放出霍金輻射而慢慢消失。最終，若果宇宙溫度達到一個均勻溫度，那麼再沒有活動能在宇宙中作出，從而導致宇宙熱寂。屆時，宇宙將會空無一切，且毫無生機。溫度亦會持續下降。
二、宇宙的未來
宇宙的未來有很多可能性，而這些主要有3種：持續膨脹、停止膨脹和收縮。
(1)持續膨脹
宇宙因星系間並無回返的引力作用而持續膨脹，最終走向膨脹宇宙的未來，甚至可能產生大撕裂。
(2)停止膨脹
宇宙若無足夠能量將會停止膨脹，停止膨脹亦會是最理想的環境，宇宙溫度適中之餘便有足夠資源形成恆星甚至生命。
(3)收縮
宇宙膨脹到某一階段將會停止膨脹並反過來收縮，收縮亦會縮小各星系間的距離，令宇宙溫度上升，最後導致和大爆炸相反的大擠壓，但這樣可能形成一個新的宇宙。
(4)大擠壓
大擠壓亦稱大崩墜（Big Crunch），是一個解釋宇宙如何滅亡的過程，是由宇宙膨脹論延伸而來的。其引用宇宙膨脹論認為，宇宙是從一團熾熱的火球膨脹而成的，並到目前為止都還在膨脹；但若產生夠大的重力就會使宇宙停止膨脹以至收縮，回復到宇宙剛誕生時的熾熱狀態。
根據近期的研究顯示，把宇宙所有可見的物質加進去僅達到使宇宙塌縮質量的1%～2%；而宇宙中還存在具有重力的暗物質，約佔使宇宙塌縮質量的10%～20%；但宇宙中也存在具有斥力的暗能量，其存在超過使宇宙塌縮質量的幅度。
※宇宙的終極命運※
宇宙的終極命運是物理宇宙學中一個主要的議題。許多科學理論都對宇宙的命運做出預測並成為競爭的對手，包括未來與時間是有限還是無限。
自從宇宙起源於大爆炸並經歷暴脹的概念為大多數科學家接受之後，宇宙的終極命運就成為宇宙論可以探討的問題，取決於物理上的性質：在宇宙中的質量/能量，它們的平均密度和膨脹速度。
一、脫穎而出的科學基礎
(1)理論
在阿爾伯特·愛因斯坦於1916年提出廣義相對論之後，宇宙的終極命運在科學上成為能夠探討的問題，可以用廣義相對論來描述有最大規模的宇宙尺度。廣義相對論的方程式有許多不同的解，每個解都意味著一種可能的宇宙終極命運。 亞歷山大·弗里德曼在1922年就提出了一些如同喬治·勒梅特在1927年提出的解。其中有一些宇宙最初是從奇異點開始膨脹，基本上，這就是大爆炸。
(2)觀測
在1931年，愛德溫·哈伯出版他研究的結論：根據他對遙遠星系造父變星的觀測，宇宙是膨脹的。此後，宇宙的開始和它可能的結束就成為科學研究的重要議題。
(3)大爆炸和穩態理論
在1927年，喬治·勒梅特提出以後被稱為大爆炸的宇宙起源理論。在1948年，弗雷德·霍伊爾提出了反對的穩態理論，認為宇宙在統計上是穩定不變的，但是不斷的有新物質被穩定的創造而擴大。這兩個理論都有積極的贊同者，直到1965年阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現宇宙微波背景輻射，這是大爆炸理論預測的一個事實，並且是穩態理論所無法解釋的。結果，大爆炸理論很快就成為宇宙起源最普遍被接受和持有的觀點。
二、宇宙的形狀
根據天文觀測和宇宙學理論，可以對可觀測宇宙未來的演化作出預言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足1930年代所提出的FLRW度規。根據這一方程式（不考慮暗能量的時候），物質的重力會導致宇宙的膨脹減速。宇宙的最終命運決定於物質的多少：如果物質密度超過臨界密度，宇宙的膨脹最後會停止，並逆轉為收縮，最終形成與大爆炸相對的一個「大擠壓」（Big crunch）；如果物質密度等於或低於臨界密度，則宇宙會一直膨脹下去。另外，宇宙的幾何形狀也與密度有關： 如果密度大於臨界密度，宇宙的幾何應該是封閉的；如果密度等於臨界密度，宇宙的幾何是平直的；如果宇宙的密度小於臨界密度，宇宙的幾何是開放的。並且，宇宙的膨脹總是減速的。
然而，上述說法只考慮了物質質量之數量，而並未考慮暗能量的數值，即是只代表了ΩΛ=0而ΩM分別為不同數值的情況。若然ΩΛ也考慮在內的話，開放宇宙（曲率為負）即使Ω＜０也可以到達大擠壓，封閉宇宙（曲率為正）即使Ω＞０也可以永遠加速膨脹。在ΛCDM模型成立之前提下，相關常數之最新觀測值表示，宇宙曲率接近平坦，膨脹速度則在加速。
三、宇宙的穩定性
研究宇宙的本質與未來命運已經持續很多年了。描述宇宙的科學模型都會將宇宙的亞穩定性納入考量，也就是說宇宙很可能擁有很長的壽命，但並不是完全穩定，空間某些區域可能在未來某個時刻被摧毀，因此倒塌成為一種更加穩定的真空態。假若能夠更準確地測出希格斯玻色子與頂夸克的質量、標準模型能夠正確地描述粒子的物理行為甚至到普朗刻尺度的極端能量，則可以得知宇宙的現有真空態是否穩定，還僅僅只是長壽（有時這會被誤解為「希格斯玻色子終結了宇宙」）。而質量大約在125 – 127 GeV值域內的希格斯玻色子似乎非常接近分割穩定區域與亞穩定區域的邊界。更明確的答案仍需等待更準確地測量頂夸克的極點質量（Pole mass）。
假若測量結果建議，宇宙的真空是一種偽真空，則這意味著當今宇宙的作用力、粒子、架構可能不再存在，在幾十億年之後，可能會被另外一種宇宙全盤替代，假若它能夠成核。準確測量頂夸克質量可能需要新一代高端精密的正負電子對撞機。
