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宇宙的未來 原文

[移動版] 李東全
大部分物體最后在黑洞里終結(jié)。然而,我在若干年以前發(fā)現(xiàn),黑洞并不像被描繪的那樣黑。量子力學(xué)的不確定性原理〔量子力學(xué)的不確定性原理〕即德國物理學(xué)家海森伯(1901—1976)提出的測不準(zhǔn)原理。它的量子力學(xué)意義是不能在同一個(gè)態(tài)中同時(shí)準(zhǔn)確測量出粒子的位置和速度。講,粒子不可能同時(shí)具有定義很好的位置和定義很好的速度。粒子位置定義得越精確,則其速度就只能定義得越不精確,反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子,它的位置在黑洞中被很好地定義,這意味著它的速度不能被精確地定義。所以粒子的速度就有可能超過光速,這就使得它能從黑洞逃逸出來,粒子和輻射就這么緩慢地從黑洞中泄漏出來。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬英里的尺度。這樣,在它之內(nèi)的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此,粒子速度的不確定性就很小,這表明一顆粒子要花非常長的時(shí)間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。在一個(gè)星系中心的巨大黑洞可能花10(九十次方)年的時(shí)間蒸發(fā)掉并完全消失,也就是“1”后面跟90個(gè)“0”。這比宇宙現(xiàn)在的年齡要長得多,它是1010年,也就是“1”后面跟10個(gè)“0”。如果宇宙要永遠(yuǎn)膨脹下去的話,仍然有大量的時(shí)間可供黑洞蒸發(fā)。

永遠(yuǎn)膨脹下去的宇宙的未來相當(dāng)乏味。但是一點(diǎn)也不能肯定宇宙是否會永遠(yuǎn)膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據(jù)。然而,可能還有其他種類的暗物質(zhì),還未被我們探測到,它會使宇宙的平均密度達(dá)到或超過臨界值。這種附加的暗物質(zhì)必須位于星系或星系團(tuán)之外。否則的話,我們就應(yīng)覺察到了它對星系旋轉(zhuǎn)或星系團(tuán)中星系運(yùn)動的效應(yīng)。

為什么我們應(yīng)該認(rèn)為,也許存在足夠的暗物質(zhì),使宇宙最終坍縮呢?為什么我們不能只相信我們已有確定證據(jù)的物質(zhì)呢?其理由在于,哪怕宇宙現(xiàn)在只具有十分之一的臨界密度,都需要不可思議地仔細(xì)選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸后一秒鐘宇宙的密度大了一萬億分之一,宇宙就會在十年后坍縮。另一方面,如果那時(shí)宇宙的密度小了同一個(gè)量,宇宙在大約十年后就變成基本上空無一物。

宇宙的初始密度為什么被這么仔細(xì)地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度。看來可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因?yàn)榉駝t的話,我們就不會在這里觀測它。其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近

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