"简并纪"(Degenerate Era)是宇宙未来演化的一个阶段,按照宇宙学中的时间线,它发生在宇宙的远未来,大约从宇宙年龄的1万亿(1,000,000,000,000)年到1千万亿(10,000,000,000,000,000)年之间。

简并纪是在宇宙历史中的一个阶段,位于黑洞纪之后。在这个时期,由于所有恒星都已经熄灭,宇宙变得一片黑暗,只剩下不断吞噬物质的黑洞。这个时期的宇宙没有能量来源,生活在这里的生命形式已经无法生存。接下来的数万亿年里,黑洞之间的合并成为宇宙的主要活动。尽管黑洞不是永恒的,但它们会逐渐蒸发并最终消失,留下宇宙陷入永恒的冰冷和黑暗状态。

这个概念出自美国两位天体物理学家Fred Adams和Gregory P. Laughlin在1999年出版的一本科普著作:《宇宙五纪》
The Five Ages of the Universe
他们在书中用大爆炸之后 10n 年作为时间尺度来将宇宙的过去未来划分为五个纪元。详细介绍见本文结尾

这个时期跟随在恒星纪的后面,属于宇宙生命历史的第三个时期。在简并纪期间,宇宙将经历以下重要变化:

  1. 描绘宇宙遥远未来的“末世时代”的形象已经被创造出来。 它通过白矮星、中子星和黑洞的表现捕捉了这个时代的本质,背景是黑暗、广阔的背景,说明了宇宙的不断膨胀和日益空虚。 所传达的情绪是一个黑暗、寒冷、日益荒凉的宇宙,与之前充满活力、星光灿烂的时代形成鲜明对比。
  2. 恒星残骸:这个时期的宇宙将主要由白矮星、中子星和黑洞组成。这些天体是恒星演化的最终产物,其中白矮星和中子星被认为是“简并”天体,因为它们的物质状态是由量子力学的简并压力支撑的。

  3. 白矮星和中子星的冷却:随着时间的推移,白矮星和中子星将逐渐冷却并变暗。这个过程可能需要数万亿至数千万亿年。最终,这些星体将变成所谓的“黑矮星”和“冷中子星”,但目前宇宙的年龄还远没有达到这个阶段。

  4. 黑洞的蒸发:根据霍金辐射理论,黑洞会缓慢地通过辐射失去质量。在简并纪,尽管这一过程非常缓慢,但足够长的时间尺度下,甚至最大的黑洞也将最终蒸发殆尽。

  5. 恒星形成的终结:到了简并纪,宇宙中几乎不再有新恒星形成。这是因为可用于形成新恒星的气体和尘埃将会耗尽。

  6. 宇宙的继续扩张:在简并纪期间,宇宙将继续按照宇宙学原理扩张,导致物质进一步分散。

简而言之,简并纪标志着宇宙从一个由恒星和星系主导的时代过渡到一个由衰老和衰减的恒星残骸主导的时代。在这个时期,宇宙将变得越来越黑暗和冷清。

这个概念出自美国两位天体物理学家Fred Adams和Gregory P. Laughlin在1999年出版的一本科普著作:《宇宙五纪》

The Five Ages of the Universe

他们在书中用大爆炸之后 10n 年作为时间尺度来将宇宙的过去未来划分为五个纪元。

1 - 太初纪

大爆炸后 10−50−105 年,在这一纪元里,大爆炸之后发生暴涨,然后是太初核合成,基本粒子组合在一起,形成更复杂的原子核,宇宙中大多数的氦元素都是在这时候生成的。最终在大爆炸后几十万年,再复合发生了,随着宇宙的膨胀和冷却,电子和质子开始结合形成原子,光子第一次开始在宇宙中畅通无阻,明亮嘈杂的宇宙变得透明黑暗,那一刻获得自由的光子大多数直到今天还在宇宙中移动,也就是我们所观察到的微波背景辐射。

2 - 恒星纪

大爆炸后 106−1014 年,这是我们现在身处的纪元。物质开始聚合成为恒星、星系以及星系团。在这个时期,恒星是宇宙的主角,宇宙大多数的能量来自于恒星内部。在合适的恒星周围,低熵生命开始诞生,其中有一些会进化出智能,并开始反思宇宙从何而来,又去向何处。质量最大的恒星有如蜉蝣,只能存活几百万年。其中质量极大的恒星会在生命终结时如烟花般绽放,但大多数恒星只会逐渐慢慢消暗,在这个纪元的终结,我们所知的明亮恒星都将熄灭,宇宙中充斥着这些恒星的遗迹白矮星、棕矮星、中子星和黑洞。

3 - 简并纪

大爆炸后 1015−1039 年,宇宙被棕矮星、白矮星、中子星和黑洞所占据。这些天体都是广义上的简并态物质所组成,因此得名。白矮星会继续捕捉宇宙中的暗物质,制造少量的能量。在这个纪元的末期,质子会开始衰变,白矮星、棕矮星和中子星也会逐渐消亡,宇宙会进一步变冷变暗。

4 - 黑洞纪

大爆炸后 1040−10100 年,宇宙中唯一剩下的天体只有黑洞,宇宙的光与热所剩无几。但即使黑洞也不能逃过时间的摧残,霍金辐射会导致黑洞逐渐缓慢地“蒸发”,到黑洞纪的末尾,只有能量极低的少数质子,电子,反电子和中微子会留存下来。

5 - 黑暗纪

大爆炸后 10101 年开外,只有非常稀释的物质存在,宇宙只有在极大的时间尺度上才会偶尔产生极弱的能量。四处游荡的电子和反电子偶尔会相互束缚形成电子偶素,但最终会堙灭。宇宙逐渐转变为无尽的虚空。

当然,这只是基于我们现在对宇宙理解的一个猜想,随着新的理论和观测,这一观点也会不断得到更新。原书作者就在2013年表示将要把最近20年宇宙学的新发现加入进行修改。

 

 

 

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