核聚变是不可逆的,那是不是恒星都烧完了,宇宙就会走到尽头?

宇宙并不是永恒的

一直以来,人们都认为宇宙是永恒不变的。这样的情况持续到了上世纪20年左右。最先是爱因斯坦在推导广义相对论引力场方程时,他就发现,方程所表示出的是一个膨胀的宇宙。这不符合爱因斯坦自己的观念,他认为宇宙是永恒的,于是,他给这个方程加了一个宇宙学常数,这就使得方程预言的宇宙是一个永恒稳定的宇宙。

可没过几年,哈勃在观测星系时,就发现了星系红移的现象,这说明星系在离我们远去。这个发现让科学家们很疑惑,随着后来的深入研究,科学家发现,星系本身没有在动,动的其实是宇宙的空间,也就是说,宇宙在膨胀。这和爱因斯坦一开始得到的引力场方程不谋而合。

几乎在哈勃发现星系红移的同时,或者说稍早一点点,有个勒梅特的人,他就提出了一个观念,他认为宇宙有个炽热的开端,同时也有个终局。而从哈勃的发现,我们也确实可以来联想到,如果宇宙空间是逐渐膨胀的,那么倒推回去,宇宙不就是起源于一个“致密的点”么?科学家管这个叫做奇点。

后来,科学家弗里德曼、伽莫夫、迪克甚至包括2019年诺贝尔物理学奖获得者皮布尔斯,他们通过已有的理论和观测,建立了一套标准宇宙模型,预言了两个大爆炸的证据:

宇宙微波背景辐射氦原子丰度后来,这两个证据也都被观测所证实。这也才使得宇宙大爆炸理论被主流科学家所承认。与此同时,宇宙微波背景辐射则成为了科学家手中的一把利剑,它可以让科学家了解宇宙的过去、现在和将来。

宇宙的终局

按照目前的理论,我们知道,宇宙大爆炸的早期宇宙中充满了光子,夸克等离子,但没有原子核和电子,空间的膨胀和温度的降低,逐渐出现了质子,中子,电子。然后出现了原子核结构,最后出现了原子结构。

而我们都知道氢原子核内只有一个质子,是最容易形成的,然后是氦原子核2个质子和2个中子,这两个元素是元素周期表最靠前的两个元素。因此,宇宙最最多的就是氢原子,其次是氦,其中氢原子占到了70%以上,剩余的基本上都是氦原子,其余的不到1%是其他元素原子。

大概是在宇宙诞生之后的2亿年,也就是距今136亿年前,宇宙中的分子云在引力坍缩下,形成了恒星。恒星内核其实是在发生氢原子核的核聚变反应。(之所以是氢原子核的核聚变反应,主要是因为宇宙中含量最高的氢原子,其次氢原子核的核聚变反应条件门槛最低。)

从这时起,宇宙中的恒星大多数都是以烧氢原子核为主的,其中很多恒星就停在了这里,没办法启动氦原子核的核聚变反应,还有一小撮停在了氦原子核的核聚变反应,没办法继续引发碳核聚变反应。只有很少很少的恒星可以一路核聚变到铁,甚至是超新星爆炸。特大质量的恒星在晚年,同时在不同层面上发生核聚变反应的。最终要么形成中子星要么形成黑洞。

通过模型计算,我们可以得到100万年亿年后,所有的恒星都会逐渐耗尽氢原子并逐渐死去。但此时,并不是宇宙的终局,不仅不是,而且距离宇宙终局十分遥远。

120万亿年后,宇宙中的大质量天体就会只剩下矮星、中子星和黑洞;

3*10^43年后,宇宙中的天体就会只剩下黑洞。

10^100年后宇宙中所有的黑洞会因为霍金辐射而蒸发殆尽,一切物质都会衰变成亚原子颗粒,宇宙逐渐向最后的逼近,最终走向热寂。

以上这些,其实是有理论依据的,但是并不是说一定就会这样,这是按照我们目前的认知得来的结果。主要依靠的就是标准宇宙学模型,其中宇宙微波背景辐射起到了决定性的作用。从这张图中,我们可以知道宇宙目前的密度低于临界密度。(补充一点,临界密度是指宇宙不收缩,也几乎不膨胀时的密度。),这也就是说,按照目前的观测结果,宇宙是走向撕裂和热寂的结果,这也被称为冷死亡。而所谓的热寂,指的就是宇宙中处处的温度都是一致的,这导致不存在热传递,也就没信息的传递,宇宙陷入一篇死寂。