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宇宙有东西南北吗?

发布时间:2022-08-17 19:08:49

所谓的“东西南北”都是地球的某个点为座标人为的方向定位。在太空中定“东西南北”以什么为座标呢?是以地球还是以月球、火星或者太阳为座标,只要找准一个点即可定位“东西南北中”。否则,东西南北无法定妥。

没有东南西北,以星系统图为导航。

理论上,在遥远未来的某一时刻,宇宙中的所有元素有可能都会转变成铁元素,准确的说是铁-56。

热力学第二定律表明,作为孤立系统的宇宙,它的熵始终在增加,即混乱度会越来越高,有用能会越来越少,这就是熵增原理。基于这种原理,宇宙中的总熵终有一天会达到最大值,宇宙万物处于热平衡,这就是宇宙的可能最终结局——热寂。

在宇宙演化到热寂结局的过程中,如果整个宇宙没有发生质子衰变,那么,宇宙中的元素都将会转化为铁元素。因为在所有元素中,铁-56的比结合能最大,原子核最为稳定,熵值最大。

因此,在量子隧穿效应的作用下,比铁轻的元素会发生核聚变形成铁-56,比铁重的元素会发生核裂变形成铁-56,所以宇宙中所有元素最终都会转变成铁-56,使得宇宙的熵达到极大值。不过,宇宙物质衰变成铁的时间还早得很。根据理论预测,这个时间至少要在10^100年之后才会开始。

但也有理论认为,宇宙万物的最终归宿不是铁。因为质子的寿命可能也是有限的,所以物质终有一天会发生质子衰变,结果全部都会转变为光子和轻子。

铁元素,尤其是铁-56是一个最稳定的元素,由此有人推论在很久很久以后,其他相对不稳定的元素都聚变或裂变完全了,最后就只剩下铁-56元素,这是趋势。宇宙的主要天体是恒星,所有恒星都是由一坨巨大的分子云聚集而成,随着万有引力作用不断的收缩、坍缩,中心温度和压力越来越高,就点燃了中心地核聚变,一颗恒星就生成了。

分子云的主要成分是氢和氦,占据整个比重的99左右,其余元素根据分子云的性质不同略有不同,越是经历过超新星大爆炸次数较多的分子云重元素就更多,但再多也不会超过总比重的2%。

因此所有恒星中心的核聚变都是从轻核聚变开始,根据恒星质量不同,演化的过程就不一样,质量越大的恒星核聚变反应越快,最终核聚变的结果也不一样。红矮星是质量最小的恒星,氢核聚变进行的很缓慢,终身只能进行氢核聚变,而且寿命特长,有的到宇宙毁灭也还没烧完;像太阳这样的黄矮星氢核聚变完成后,会激发氦核聚变,最终生成碳,引力压力就再也没有能力激发碳核聚变了,膨胀成一个红巨星,外围物质消散后,中心形成一个白矮星。

大于太阳质量8倍以上的恒星,在完成黄矮星类似的演化后,巨大的坍缩压会引发一系列的核聚变,一直到26号元素铁为止。铁元素是一个异常稳定的元素,核聚变过程不但不产能,还要消耗大量的能量,而恒星演化到这个时候,已经是筋疲力尽苟延残喘了,根本没有能量来激发和维持铁核聚变,就熄火了。

恒星一熄火,中心没有了扩张力抵御巨大的引力压力,外围物质就以接近光速向中心坍缩,遇到铁核就会被反弹,反弹回去的速度达到光速的一半,能量惊人的超新星大爆发就发生了。在超新星大爆发的超高温超高压下,元素向更重方向聚变,这样整个太空就有了越来越多的重元素。现在已经发现的118种元素,除了宇宙大爆炸初期最早生成的氢和氦,还有极微量的锂,都是在恒星演化和超新星大爆炸后生成的。

这些元素,原子序数小于铁的元素在核聚变总能够释放能量,原始序数大于铁的元素在核裂变时会释放能量。而铁这个软硬不吃的特殊元素,不管是裂变或聚变都需要消耗能量,所以在恒星幻化过程中一旦生成了铁,就是死期到了。

这样铁就成了宇宙中最稳定的元素,没有谁(泛指物质和能量)愿意给他做嫁衣裳。这或许就是一些人认为宇宙中所有元素都最终会变成铁的原因吧。然而这仅仅是个趋势而已,宇宙不会按照这些聪明人的设定走向直到终结。有人计算过,所有宇宙中的元素都变成铁-56,这个时间要10^100年,而宇宙的寿命很可能会在10^11年就结束,即使能延缓到10^12年,与宇宙全部成铁的年限也差了去了。

现在比较流行的宇宙毁灭方式大致有三个:一是开放热寂或冷寂归宿;二是临界收缩回归奇点归宿;三是膨胀过快时空大撕裂归宿。这几种方式的宇宙终结时间都不会超过1000亿年。有科学家认为宇宙如果膨胀过快发生时空大撕裂,终结时间将不会超过200亿年。

不过这已经不是本问题讨论的范畴了,时空通讯原来已发过这方面的文章,有兴趣可以前往查看。这里只是要说明,宇宙等不到所有元素变成铁早就玩完了。

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