如果把宇宙還原成一個粒子,它是什麼樣子的?


這個問題很有意思,我試著用現代物理學來解答一下。

首先先放結論:如果就我們現在已觀測到的宇宙圖像來看,整個宇宙的全部質量給壓縮到一個原子大小的話,那麼這個原子一定會坍縮為一個奇點。

首先來看大屏幕,我們的整個宇宙目前有多大?就觀測來看,宇宙的哈勃體積(就是我們能夠觀測到的那部分宇宙體積總量)半徑已經達到465億光年。摺合將近930億光年的直徑。

在這裡,我們指的「可觀測宇宙」,是根據最遠星體發射出來的光線進行計算得出的。

那麼,在這個範圍之內,宇宙究竟有多大的質量呢?事實上科學家目前確實算不清楚。有種說法是宇宙總質量應當在10的50次方千克以上,但這種說法純屬瞎猜。宇宙每個區域的各種元素物質、暗物質和能量都大不相同,目前科學家對於整個宇宙只是處於觀測狀態,很多較遠星體的結構組成其實都是猜測,再加上整個可觀測宇宙的超大空間範圍,宇宙質量究竟有多少,目前沒人說得準確。

但是,算不清楚宇宙究竟有多少質量,就一定沒辦法把它壓縮嗎?不一定。

這時我們就要用到一個工具了,量子力學。

假設我們有這麼一種力,可以將宇宙間的所有物質都壓縮成一個原子大小。假設當一個宇宙的總物質,由此演化成一個星體,這個星體在引力作用下便會向內自行坍縮,形成一個黑洞。

但是我們要考慮另一樣東西,那就是組成物質的基本粒子,它們所具有的簡併壓力。

什麼是簡併壓力呢?簡單來說,就是一個粒子必須具有一個量子態。當在某個能級當中,不同量子態的兩個或者兩個以上粒子,如果隨著體積的減少歸到同一個能級當中時,是會違反泡利不相容原理的(即兩個粒子不能擁有一種量子態),此時就會有一些粒子跳出來,跳到高能級上面去,從而釋放出一種能量斥力。

在星體坍縮成一個黑洞時,這種斥力可以抵抗引力。

然而,這需要一個星體本身的質量在一個極限內。這個極限目前物理學上有兩個,我們稱之為錢德拉薩卡極限和奧本海默極限,它分別是一個白矮星的最高質量、一個形成中子星前星體的最高質量。當超過這個極限時,多數星體就會變成黑洞。

這個極限有多大呢?很悲催,太陽的幾倍而已。就算我們算不清宇宙的質量,但這麼點星體質量,我們至少可以肯定宇宙總質量一定比它大。

所以,宇宙最終會變成一個黑洞。


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