物质科学和哲学一样,最基础也是最终极的问题就是——物质从哪里来?物质最终走向哪里?
物质的来源和结局,不仅仅会影响我们生活中的物质,还会影响整个宇宙的的未来。从短期来看,物质的发展趋势为熵值的不断增加,一切事物都从有序状态通过热力学定律发展到无序状态。
破镜难重圆,覆水难收,其实都是无序度不断增加的表现,这也是宇宙物质发展的趋势,想要逆转这种趋势会非常困难,摔破一个杯子总要比修复一堆碎片更加轻松。
在宇宙大爆炸时,物质的发展趋势就已经被锁定,奇点产生的宇宙大爆炸,物质能量形成的“碎片”只会不断分散,而不会轻易重新聚集。
熵值(无序度)的不断增加,就是宇宙中物质的发展趋势,然而熵值的增加并非永无止境。
宇宙中的物质能量随着宇宙膨胀逐渐扩散蔓延,宇宙的无序度也在不断提升,但是宇宙也拥有自己的物理法则,其中的关键点就是黑洞。
黑洞往往存在于星系的中心,利用强大的引力牵制着星系内的所有物质能量,随着时间的推移,星系中心的超大质量黑洞会将星系的能量逐渐整合到自己身边,最终将其全部吞噬。
黑洞是人类物理学的极限,从目前来看,黑洞几乎是永恒不灭的天体,黑洞似乎就是物质能量永恒的归宿,然而霍金的霍金辐射理论,否认了这一看法。
霍金认为,真空中会不断出现成对虚粒子,一对虚粒子在真空中诞生,快速碰撞泯灭。
如果一颗黑洞将星系的物质能量全部吞噬,处于一个相对真空的环境中,就会随机吞噬真空中产生的虚粒子,另一个粒子由于失去了碰撞泯灭的对象,就会变为实粒子从黑洞逃逸,虚粒子变为实粒子,从真空中产生了物质能量,这份能量来源于黑洞,因此黑洞并非永恒不灭的天体,而是会向周围散发出微弱的“霍金辐射”。
根据霍金辐射理论,黑洞会以通过吞噬虚粒子,释放实粒子的方式损失能量,逐渐蒸发,质量越小的黑洞,蒸发速度越快,最终黑洞会在爆炸中完全消失,黑洞吞噬的物质能量,也会被释放。
目前科学家对物质的终点,普遍定义为质子。宇宙中的黑洞由于霍金辐射彻底蒸发后,会通过爆炸向外界释放光子和质子。
而标准模型认为,质子是不会衰变的,也就是说,所有物质最终都会转变为质子在宇宙中永恒存在,这些质子随着宇宙无序度的增加,会完全均匀分布在宇宙中,无法通过引力作用产生任何天体,也无法产生任何能量。
整个宇宙会变为充满质子的虚无空间,温度也会无限趋于绝对零度。
然而质子真的不会衰变吗?
随着物质科学的研究,部分科学家认为质子也会发生衰变。但是质子的衰变速度非常缓慢,从宇宙诞生至今,没有任何一个质子完成衰变,因此科学家会认为质子是不会衰变。
如果质子也可以衰变,那就意味着宇宙中没有任何物质可以永恒不变。随着质子的衰变,宇宙会彻底变为空荡荡的世界,这也将成为宇宙以及所有物质的“终点”!