如果把宇宙还原成一个粒子,它是什么样子的?

红伊豆


这个问题很有意思,我试着用现代物理学来解答一下。

首先先放结论:如果就我们现在已观测到的宇宙图像来看,整个宇宙的全部质量给压缩到一个原子大小的话,那么这个原子一定会坍缩为一个奇点

首先来看大屏幕,我们的整个宇宙目前有多大?就观测来看,宇宙的哈勃体积(就是我们能够观测到的那部分宇宙体积总量)半径已经达到465亿光年。折合将近930亿光年的直径。

在这里,我们指的“可观测宇宙”,是根据最远星体发射出来的光线进行计算得出的。

那么,在这个范围之内,宇宙究竟有多大的质量呢?事实上科学家目前确实算不清楚。有种说法是宇宙总质量应当在10的50次方千克以上,但这种说法纯属瞎猜。宇宙每个区域的各种元素物质、暗物质和能量都大不相同,目前科学家对于整个宇宙只是处于观测状态,很多较远星体的结构组成其实都是猜测,再加上整个可观测宇宙的超大空间范围,宇宙质量究竟有多少,目前没人说得准确。

但是,算不清楚宇宙究竟有多少质量,就一定没办法把它压缩吗?不一定。

这时我们就要用到一个工具了,量子力学

假设我们有这么一种力,可以将宇宙间的所有物质都压缩成一个原子大小。假设当一个宇宙的总物质,由此演化成一个星体,这个星体在引力作用下便会向内自行坍缩,形成一个黑洞。

但是我们要考虑另一样东西,那就是组成物质的基本粒子,它们所具有的简并压力

什么是简并压力呢?简单来说,就是一个粒子必须具有一个量子态。当在某个能级当中,不同量子态的两个或者两个以上粒子,如果随着体积的减少归到同一个能级当中时,是会违反泡利不相容原理的(即两个粒子不能拥有一种量子态),此时就会有一些粒子跳出来,跳到高能级上面去,从而释放出一种能量斥力。

在星体坍缩成一个黑洞时,这种斥力可以抵抗引力

然而,这需要一个星体本身的质量在一个极限内。这个极限目前物理学上有两个,我们称之为钱德拉萨卡极限和奥本海默极限,它分别是一个白矮星的最高质量、一个形成中子星前星体的最高质量。当超过这个极限时,多数星体就会变成黑洞。

这个极限有多大呢?很悲催,太阳的几倍而已。就算我们算不清宇宙的质量,但这么点星体质量,我们至少可以肯定宇宙总质量一定比它大。

所以,宇宙最终会变成一个黑洞


分享到:


相關文章: