CCTV高清正在播出《宇宙千年》

黑洞吸积了早期宇宙中的物质，就像一个巨大漏斗一般，大量物质的汇集触发了恒星诞生的风暴。但是，这个过程不会无限持续下去，科学家的观测表明，当黑洞质量达到星系核球质量的1%~4%时，黑洞的成长终止。所以，像银河系这种的超级黑洞质量——400万个太阳是能够理解的，但是像M87这样数亿、甚至数十亿个太阳质量的超级黑洞是怎么形成的呢？

                               
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要解答这个问题，要从宇宙中星系的分布说起。科学家的巡天观测表明，宇宙中的星系分布并非平均的，而是呈网状分布，它们有成群结队的倾向，组成星系群乃至星系团。在星系团中，星系互相之间的碰撞、合并十分常见，在此过程中，休眠的黑洞再次活跃，因为星系合并过程提供了大量的气体，大大喂饱了黑洞。而且星系合并后，两个超级黑洞会合并为更大的超级黑洞。
节目中以银河系与M31的合并为例。我一时找不到这段新视频，所以下面的图是早期的视频截图：

现在的银河系和M31图


20亿年后银河系和M31的夜空，合并开始。M31已经变得极为巨大，十分壮丽的夜空。


大约25亿年后的夜空，合并进行中，说不定那时M31核心在白天也能清晰看见。两个星系互相穿过，强大的引力作用使双方都有大量的亮蓝巨星形成。


大约35亿年后，两个星系的核心再次靠得很近。第一轮的蓝巨星簇已经消散，现在是新的巨星簇在大量形成。2个星系的原先的星盘结构彻底模糊，星云混合在一起…… 此时，太阳系可能已经被甩出了原先的稳定轨道，不过进入M31的概率很小。


大约45亿年后，两个星系初步合并为一体。再过10亿年左右，两个黑洞终将合并为超级黑洞，整个星系变成类似M87那样的巨椭圆星系。但愿黑洞喷流不会扫射到我们星球……

星系合并的更多图像，参考这个链接——59对碰撞星系：
http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=90544

这是合并中的NGC 4038、39，著名的天线星系（或触角星系）

                               
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其实，我们的银河系也好，M31也罢，都已经发生过多次合并，而最终星系，将像M87这样：

                               
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NASA是永远不可能隐藏真相  人类种族一定会战胜邪恶！  希望尊敬的版主不要删我ID  十分感谢！

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光之爱 发表于 2010-1-17 01:43

                               
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又不是世界末日了，你丫激动什么呀。

这里顺便说一下，节目中巡天时，测定星系距离是采用测光谱，然后计算红移的方法。那么怎么测定这么多个遥远星系的光谱呢？天文学家先拍下天区的照片，然后以这个照片为蓝本，使用数控机床在一个金属板上打出相应的孔，每个孔后用一条光纤连接到多目标光谱仪（可以有多个），如此就能一次性获得多个遥远星系的光谱了。当然，最近的那些大星系的光谱、红移或者距离早就测定过了。

第8集：最后三分钟

本集应该是基于《最后3分钟》这部书的，大家可以在论坛的FTP下载此书。然而，由于观测的进步，这部书的一半推测内容现在已经被证明为错误的，由此，节目中砍掉了整段内容，使本集变得看不懂了。而且翻译可能也有问题，当然我自己这方面知识也不够。下面的叙述，更多的是基于我自己拥有的这部书（真实书本，我很早就买过）。

我们知道，我们所在的宇宙起源于大爆炸。那么，最开始的暴胀是怎么发生的呢？根据该书的描述，最简单的宇宙起源标准模型认为，在宇宙起源后的量子时间内，真空的能量出现极大的涨落，就像真空中会出现虚粒子对一样，最开始的极高能、极高密度、极高温宇宙会出现伪真空对。其中一个伪真空的能量极为极大，大概有10的87方焦耳。伪真空会立刻膨胀（能量太大了啊），而且其空间膨胀是随着时间指数化膨胀的。
就是说，每隔10的-34方秒，这个伪真空的空间直径就扩大一倍。很显然，这个伪真空既使一开始直径只有10的-15方米（原子核直径），那么10的-33方秒时，其直径为10的-12方米（经过10个间隔，扩大到2的10次方——1024倍），再经过9个10的-33方秒时，直径变为10的15方米（3*9-12=15）。如果再经过一个10的-32次方秒，这个空间的直径就达到10的45方米，这可是一个极为巨大的天文数字了：
我们知道，1光年=9,460,730,472,580,800米，就是大约为10的16次方米，也就是说，10的-32秒就可以膨胀到0.1光年直径，而2个10的-32秒方后，就是10的14次方光年，这个数字已经远远大于现在的宇宙年龄了——1.37*10的10次方年。
所以，暴胀就是这么短的瞬间，后面每增加一个间隔，空间直径就大了1倍，是非常可怕的。

就如同虚粒子必然要消失一样，伪真空也有结束的那一个时间。此时，我们的宇宙已经暴胀到极大，高速膨胀的结果（后面的膨胀速率明显远远大于光速了），空间的温度已经极为接近绝对零度。此时，伪真空退出时包含的巨大能量释放在空间中，于是宇宙就又变得极度高温了。在这个高温推动下，宇宙开始相对缓慢的全面膨胀。

到现在，宇宙已经膨胀了137亿年。在当年的观测中，宇宙是会继续膨胀下去还是最后被引力拉回，还处在相对不确定的情形下。这是关系到宇宙未来的大事。

根据最新的观测，宇宙在加速膨胀中。为此，科学家开发了专门的软件，对巡天图像进行筛选，从中发现了100多颗高红移的Ia超新星（节目中没有强调是Ia型）。这些Ia超新星比预期的更暗，从而说明宇宙现在比过去膨胀得更多。

那么，在一个无限膨胀的宇宙，我们的未来是什么呢？可以想象，这个宇宙会变得越来越冷，越冷越无趣。

首先，我们的太阳将逐渐变热，10亿年后，地球的温度就会热得海水大量蒸发；20亿年后，太阳将比现在热4倍左右，地球表面温度将高于100摄氏度，整个地球将变成生命的禁区。50亿年后，太阳耗尽核心区域的氢，开始大举膨胀，首先被吞噬的是水星，最后，地球轨道也将被太阳吞噬。（节目中未说明地球是否被吞噬，此点争议较大）65亿年后，太阳将变为白矮星和行星状星云，最后慢慢的熄灭。
前面42#，我们说过银河系和M31星系将合并，事实上，整个本星系群中的星系将在强大的引力束缚下全部合并为一个超级星系。但是，星系团之间的引力敌不过空间的扩张速度，星系团之间将互相远离，最后远离得看不见。由于小质量恒星可以稳定燃烧1000亿年甚至1万亿年以上，所以，在5000亿年以后的天空，我们仍旧能看到满天繁星，只是它们大部分都是红色的。但是天文学家就头晕了，他们使用强大的望远镜看出去，除了我们所在的超级星系之外，宇宙是“空”的，或者说，那时的宇宙就是一个星系。
继续下去，恒星总归要熄灭的，最后的星系就只剩下寒冷到绝对零度附近行星、黑矮星、几乎不再旋转的中子星，以及无数的黑洞。这些黑洞已经没有什么可吞噬的物质，所以也不能通过周围的吸积盘看到它们了。偶尔，一个中子星或行星落入黑洞，其短促的闪光告诉我们，那里存在一个黑洞。此时的宇宙背景辐射已经快到绝对零度了，整个宇宙几乎完全黑暗，没有了足够的能量，一切生命活动也得终结。

注意，本楼以下的内容都没在节目中，但我认为把书中的这些写出来，对于大家深刻了解宇宙的未来有益。
那么，这是否就是宇宙的末日呢？事实上，后面的过程牵涉到过于高深的理论，不过可以预期的一点是，在无限膨胀的宇宙面前，只要一个过程会发生，无论其概率多小，最后必然会导致过程的完全进行。
比如说，质子是否彻底稳定呢？由于质子的质量明显大于正电子，它的能量（能级）明显较高，理论上它可能衰变为正电子+光子的，当然这个半衰期长得十分惊人，根本不是当前的实验环境所能观测的，所以现在基本都假设这个衰变是不可能发生的。在说明这个问题前，让我们看看黑洞的未来是什么？
根据霍金的计算，黑洞并不完全是黑的。在其视界边缘，由于量子效应，虚粒子会随时产生。由于黑洞的视界原因，成对的虚粒子可能一个掉入黑洞，另一个就获得实在的能量而永远进入我们的世界，实际效果就是黑洞会产生辐射。大家可能会认为，为何是黑洞向宇宙输出能量而不是宇宙向黑洞输入能量呢？事实上这两个方向是同时存在的，只是我们要说明黑洞确实在辐射而已。
反正根据霍金的计算，黑洞的辐射强度与黑体辐射很相似，或者说，可以用温度来表示黑洞的辐射。这个温度与黑洞质量成反向关系，由于我了解不多，不知道是与黑洞质量的几次方成反比。反正，霍金辐射的基本知识是：原子核质量大小的超微型黑洞，其温度高达100亿K；而太阳质量的黑洞，温度仅为1000万分之一K。

所以，我们一方面可以放心，既使欧洲的强子对撞机造出了超微型黑洞，由于其100亿K的超级高温，它也会立刻通过辐射消失；但是太阳质量的黑洞，显然要等到宇宙温度低于黑洞温度，这个辐射才会开始降低黑洞的能量，并导致黑洞质量的减少。虽然减少极为缓慢，但与宇宙的无限比，它毕竟是有限的：需要10的22次方年，宇宙才会降温到比太阳质量的黑洞温度低，而我们现在的宇宙不过10的10次方年！注意，10的11次方年就是1000亿年，已经比我们的宇宙年龄大了6倍！然后，还需要10的66方年，这个太阳质量的黑洞才会消亡！
而像M81、M87那样，中心超级黑洞的质量超过10亿个太阳的，它的消亡需要10的93次方年以上，不过最终它还是会消灭于一串急遽的闪光，那可是10亿颗以上恒星的辉煌啊！

如果大家弄懂了前楼，就会明白质子为何不稳定了。那就是，质子并非像正电子那样是个点粒子，它是由3个夸克组成的。可以说，这些夸克有极小的概率，会有2个走得太近而变为超微型黑洞。然后，这个超微型黑洞立刻就会变为辐射，如此我们宇宙物质的基石——质子就变得不稳定了。当然，现在的估计是，质子的半衰期长达10的32次方年到10的220次方年之间，后面这个数字可实在太大了，我们前一楼刚说过，10亿太阳质量的黑洞，寿命也不过10的93次方年。注意，这里的指数每增加1，就是10倍，指数增加10，就是100亿倍啊！

总之，这样的宇宙未来可太令人无趣了。最后的宇宙只剩下电子、正电子、正反中微子以及能量极度低的光子。由于宇宙在持续膨胀，最后的电子与正电子已经无法湮灭，宇宙是极度稀薄的基本粒子汤。

这样的结局，是否比立刻死掉更无趣？好吧，我们下面要去看另一种情形将如何？

这段当然已经从第8集中删除，但是我们还是无妨看看，假如宇宙中的物质、暗物质等等足够，宇宙最后停止膨胀并收缩，又会如何？

这首先取决于何时膨胀停止。假如膨胀停止于1000亿年后，宇宙中还有大量的恒星存在。但是假如停止于10万亿年后，那时的宇宙基本已经黑暗了，智慧生命基本将面临无限膨胀宇宙一样的绝望景象。不过无论如何，后面的形势才是关键的。为了叙述有趣些，我们假设宇宙在1000亿年后停止膨胀，那么我们的后代将会看见什么呢？

翻译的错误时最让人难以忍受的……

首先是，我们所在的本星系群已经合并为一个超级星系，其他的大星系团也是一些超级大星系，里面几乎都是老年恒星了。另一方面，由于宇宙年龄已经达到1000亿年，那时的生命将能看到10倍于我们现在观测距离的宇宙——视野大得多，更多的星系将被看见。

由于光的运动是有速度的，所以虽然宇宙现在转向收缩，但是遥远星系的光却仍旧在红移，而且宇宙学红移还极大——这是500亿年前甚至更早期的光。需要再经过数百亿年，我们才会看到，邻近星系的光大量的转为蓝移。不过，我们可以通过另一个指标，快速发现宇宙是否转为收缩——背景微波辐射对应的温度。1000亿年后，这个温度将从现在的3K不到跌到1K左右，但一旦转为收缩，它将温度回升。当然，还需要1000亿年左右，它才会再次回升到3K。

现在，已经过去了2000亿年，宇宙再次回复到与我们观测到的差不多大小。现在整个宇宙明显都在收缩，所有的星系光谱都紫移，而且越远的紫移越强大。区别仅在于，智慧生命将意识到，宇宙最终将收缩到不可容忍的程度。不过不要担心，还有至少100亿年的时间，可以安心的生活下去。

现在已经过去了2035亿年，宇宙差不多只有我们当前宇宙的一半直径了。宇宙背景辐射的温度已经相当高，变成了远红外线。宇宙中遍布黑洞，恒星倒是少得多了。所有的星系都可以被观测到了，它们的辐射已经造成了明显不良的后果。

继续下去，现在是从我们今天过去2100亿年的时候。宇宙已经很小，所有的辐射在宇宙中回荡，宇宙背景温度已经达到-70摄氏度（干冰的熔点），行星已经难于通过向宇宙辐射降温了。很显然，行星将变得越来越热。

现在大约是2130亿年后，背景辐射的温度已经达到我们现在地球的平均温度，宇宙已经没有“夜空”，所谓的“黑夜”也泛着红光。宇宙中，各个超级星系已经接近到互相合并的程度。

接下去的变化会越来越快。宇宙从10亿年缩小一半很快的就变为1亿年缩小一半，接着以千万年、百万年为单位收缩。所有的星系都已经合并为一个超级星系，其中包含无数的黑洞、中子星、白矮星等等，一开始恒星相撞还是很稀少的，但随着空间快速缩小，这类事件开始大量发生。

对这时的智慧生命来说，最大的问题是整个宇宙都极热，根本没有凉快的地方，再强大的制冷系统也将失效。行星当然已经无法维持大气层了，因为整个宇宙的温度从上百摄氏度快速上升到千度以上。白天与黑夜已经没有区别，宇宙从发出淡淡的红色辉光到橙红色，再到黄色，最后是白色。此时，由于行星内部积聚了太多的热量，固态行星终将爆炸为气态。

现在的宇宙收缩周期缩短为万年，很快就是千年、百年。宇宙已经不是白色的，它处于完全的等离子态，辐射以紫外光、X线甚至高能γ射线为主了。星系中的物质已经极度拥挤，恒星大量合并为黑洞，小黑洞与大黑洞也在大量合并中。——第8集标题所说的“最后三分钟”来临了！

这里要说明一点，由于我们的宇宙一开始经历过极快的暴胀，暴胀最后阶段的速度远远快于光速。
但是，现在并无机制能让宇宙以快于光速收缩，而且事实上收缩与扩张并不会严格对称，所以这是我后面没有再写明大概时间的原因。其实大家去读《最后三分钟》就会知道，收缩比扩张慢。

感谢楼主gohomeman1 如此耐心细致的纠错和讲解，也非常钦佩楼主的渊博学识和严谨的治学态度。这贴几乎成了宇宙学的科普贴了，建议加精、置顶，让更多的坛友受益。
再次感谢楼主gohomeman1 ！！！