《时间简史》里介绍了质子衰变的内容,我想问一下：质子会衰变殆尽吗?或者宇宙里的质子衰变完之前宇宙就坍缩了?

Question

《时间简史》里介绍了质子衰变的内容,我想问一下：质子会衰变殆尽吗?或者宇宙里的质子衰变完之前宇宙就坍缩了?

Answer 1

宇宙会消亡吗?
从理论上讲,宇宙有诞生,就有消亡.至于宇宙如何消亡,现在还只能是推测.
如果宇宙永远膨胀,由于大质量恒星死亡后成为黑洞,这样,宇宙中的黑洞越来越多,它们会吞食掉宇宙中几乎所有的物质.
如果宇宙转而收缩,随着温度的不断升高,包括恒星在内的各种天体都会逐渐解体,黑洞则趁机饱食一顿,吞食到几乎所有的位置,最后黑洞火并,整个宇宙就会成为一个大黑洞.
当然在上述两种情况中,总会有少许物质会幸存下来,没有被黑洞吞食.
根据斯蒂芬-霍金等人的理论,黑洞会逐渐蒸发为电子和光子等基本粒子.
同时,科学家还认为,质子也会衰变为反电子和Y射线光子.质子是各种原子核的主要成分,质子的衰变,就是各种物质的瓦解.因此,没有被黑洞吞食的少许物质,也会成为电子和光子.
由黑洞蒸发的电子,与质子衰变的反电子,它们相遇湮灭为能量和光子,这样,宇宙就最后坍缩了,消亡了.
能找到宇宙消亡的证据吗?
宇宙消亡的最后标志是黑洞的蒸发殆尽和质子衰变使各种物质瓦解.
黑洞的最后蒸发,目前还无法用实验去验证.但科学家认为,质子是否衰变,现在则可以用实验去检验.
曾经认为,质子衰变所需要的时间为1028年.这样,在1028个质子中,(在10千克物质中就包含有这么多质子),每年应有1个质子发生衰变.但后来这个衰变时间被实验否认了.
人们认为,质子衰变的时间应为1030到1032年.如果师质子衰变的时间为1032年的话,一个人一生中身体上会有1—2质子衰变.因此如果师质子筛便的时间却是1030年或1032年的话,目前是可以用实验检验的.
检验的办法是,将足够数量的水,用水槽放在数百米深的地下(以排除各种干扰因素),在水槽四周设置大量探测仪器,探测质子的衰变反应,质子衰变时产生一个反电子和一个中性л介子.л介子很快又衰变为两个Y设射线光子,光子遇到水物质的原子核,会产生能量很高的正、反电子对,因而可以被探测到.如果水的数量在10000吨以上,每年应观测到1次以上质子衰变.
有的人认为,质子衰变时间为1080年,甚至更长,那就超出检验的范围了.
宇宙到消亡还有多长时间?
宇宙还有多长时间才消亡?这还纯粹是一个揣测的问题,简直是虚幻飘渺的揣测!因而,科学家提供的数字很不相同.
丁-伊思兰在《宇宙的最终命运》(1983年出版)一书中提出,1031年后,宇宙将形成一个超巨型黑洞,质量达1015倍太阳质量.
这个超巨型黑洞需要10106年时间才蒸发完,而变成电子和光子.
还有些理论认为,黑洞不可能将所有物质都吞食掉,逃给厄运的物质游离于黑洞之外.不过,这些游离物质因质子衰变而成为反电子和光子,只需要1033年.
有一种理论认为,由黑洞蒸发而来电子和由质子衰变而来反电子,并不是都双双湮灭成能量和光子.它们有的在1071年后双双组成相同绕转的电子对原子(也叫偶电子素).这些偶电子素每10万年才靠近1厘米,由于相距遥远,(直径达几万亿光年),最后相遇湮灭需要10116年的时间!
只有到这时,即只剩下能量和光子时,才算宇宙最后消亡了.算算看,这是一个多长的时间!