何若雪

“有人說(shuō)世界終于火，有人說(shuō)它將毀于冰。”宇宙會(huì)如何終結(jié)？這不只是個(gè)哲學(xué)問(wèn)題。宇宙學(xué)家們提出了種種猜測(cè)。

宇宙學(xué)中的一些大問(wèn)題，往往也是引發(fā)哲學(xué)家深思的問(wèn)題。宇宙是什么時(shí)候開(kāi)始的？怎樣開(kāi)始的？宇宙一直在膨脹嗎？（這三個(gè)問(wèn)題的答案是：大約138億年前；一個(gè)致密熾熱的點(diǎn)在高密度狀態(tài)下迅速膨脹，即所謂的大爆炸；是的，但膨脹速度不總是相同。）但是還有一個(gè)問(wèn)題我們目前還沒(méi)弄明白：宇宙將如何終結(jié)？

這是一個(gè)很大的問(wèn)題，但科學(xué)家們已經(jīng)取得了驚人的進(jìn)展。20世紀(jì)末，天體物理學(xué)界震驚地認(rèn)識(shí)到，宇宙正在加速膨脹。在幾十年前，科學(xué)家們就已經(jīng)知道，遙遠(yuǎn)的星系一直在遠(yuǎn)離我們，離得越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離的速度越快。對(duì)這一現(xiàn)象唯一合理的解釋就是宇宙在不斷膨脹。考慮到宇宙中的所有物質(zhì)都在膨脹，那么在不斷增強(qiáng)的引力影響下膨脹的速度應(yīng)該會(huì)減慢。但是當(dāng)宇宙學(xué)家試圖計(jì)算這一減緩速度時(shí)，卻得到一個(gè)負(fù)值——宇宙膨脹速度在加快！

沒(méi)人知道是什么造成了這一結(jié)果，因此宇宙學(xué)家將這背后的神秘“推手”稱為暗能量。據(jù)分析，暗能量約占整個(gè)宇宙總含量的69%。暗能量很快就成為關(guān)于宇宙最終終結(jié)的所有討論的一部分。雖然還沒(méi)有明確的答案，但這些討論已經(jīng)提出了一些有趣的可能性。

大撕裂

誰(shuí)也不知道暗能量到底是怎樣的，因此我們不能確定它將來(lái)會(huì)有什么表現(xiàn)。2003年，羅伯特·考德威爾提出了宇宙大撕裂假說(shuō)。這個(gè)理論的基礎(chǔ)是，在暗能量的驅(qū)動(dòng)下，宇宙膨脹的加速度會(huì)不斷增加。

想象一下，如果有一輛可以無(wú)限加速的汽車，司機(jī)一直踩著油門，汽車的速度越來(lái)越快，加速度也越來(lái)越大，最終強(qiáng)大的摩擦力會(huì)把整輛車子撕裂開(kāi)。羅伯特認(rèn)為類似的情形也將發(fā)生在無(wú)限加速膨脹的宇宙：星系將潰散；行星將脫離恒星的束縛：甚至每一個(gè)原子都被撕裂。最后，我們的宇宙將以爆炸的方式結(jié)束，并縮小為一個(gè)理論上具有無(wú)限能量的奇點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)有的理論預(yù)測(cè)，“大撕裂”如果真的會(huì)發(fā)生，可能還要220億年才會(huì)到來(lái)。但相關(guān)理論還缺乏細(xì)節(jié)，而一些科學(xué)家的工作則為之補(bǔ)充了越來(lái)越多的東西。數(shù)學(xué)家迪卡茲的研究方向之一是流體在近光速運(yùn)動(dòng)中（這可能發(fā)生在極端天文條件下，如恒星爆炸時(shí)）的表現(xiàn)。他和同事們成功模擬了黏性流體如何以相對(duì)論速度（接近光速的速度）運(yùn)動(dòng)。

幾十年來(lái)，科學(xué)家們?cè)噲D將傳統(tǒng)物理學(xué)對(duì)黏度的理解與“宇宙黏度”的概念聯(lián)系起來(lái)。宇宙黏度反映了宇宙對(duì)加速膨脹的抵抗力。迪卡茲的工作有助于人們對(duì)宇宙黏度的了解。他的研究首次表明，造成大撕裂（如果真的會(huì)發(fā)生的話）的驅(qū)動(dòng)力可能是宇宙黏度。

這一結(jié)果很吸引人，但迪卡茲表示要完善這一理論還需更多工作，特別是關(guān)于無(wú)限能量的部分?！霸谖锢韺W(xué)中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)無(wú)窮的量常常暗示著我們可能缺少拼圖的一部分。”他說(shuō)。

進(jìn)一步完善的理論也許能表明，無(wú)論大撕裂有多大，宇宙膨脹的加速度不會(huì)永遠(yuǎn)保持不變。不過(guò)，就像另外的一些物理理論一樣，我們現(xiàn)在還只能等待更多的證據(jù)。

大凍結(jié)

現(xiàn)在一些理論認(rèn)為，暗能量是一種宇宙常數(shù)，一種在整個(gè)宇宙中均勻分布的能量。如果宇宙常數(shù)在宇宙中占據(jù)主導(dǎo)地位，那么宇宙就不會(huì)撕裂，而是一直加速膨脹下去。這聽(tīng)起來(lái)似乎很輕松，但這一過(guò)程會(huì)變得很可拍。如果宇宙在宇宙常數(shù)的驅(qū)動(dòng)下一直保持勻加速膨脹，那么數(shù)萬(wàn)億年后，我們?cè)诘厍蛏蠈⒉荒芸吹姐y河系以外的其他星系——它們發(fā)出的光根本達(dá)不到地球。熵也會(huì)不斷增大——不到100萬(wàn)億年后將不再有任何恒星形成，因?yàn)樗械娜剂衔镔|(zhì)都會(huì)耗盡。黑洞會(huì)蒸發(fā)，物質(zhì)最終會(huì)衰變?yōu)檩椛?。在此之后，宇宙將變得冰冷，黑暗，毫無(wú)生機(jī)，直到永遠(yuǎn)。這一黑暗的未來(lái)被稱為“大凍結(jié)”。

暗能量是如此令人費(fèi)解，科學(xué)家們花了近20年才對(duì)相關(guān)理論有了基本理解，這才著手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究。大凍結(jié)是否會(huì)到來(lái)？目前的研究還不能回答這個(gè)問(wèn)題。（當(dāng)然，如果它注定發(fā)生，我們也無(wú)能為力。）目前正在建造的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡也許將成為科學(xué)家們探尋暗能量的重要工具。這座望遠(yuǎn)鏡將在2020年建造完成，它每晚能觀測(cè)數(shù)十億個(gè)星系，能極大地增強(qiáng)天體物理學(xué)家探索星系活動(dòng)的能力。

通過(guò)研究重力對(duì)星系發(fā)出的光的影響和星系在空間中的位置與移動(dòng)，科學(xué)家們得到的信息或許能解開(kāi)有關(guān)暗能量的一些謎團(tuán)：暗能量是由真空中的量子波動(dòng)演變而來(lái)的嗎？或許它只是我們目前所不知的一種引力？了解這些至關(guān)重要的細(xì)節(jié)，有助于我們判斷大凍結(jié)——或者別的什么——是否會(huì)發(fā)生。

這不是終結(jié)

如果你問(wèn)理論宇宙學(xué)家，宇宙將如何終結(jié)，那么他們可能會(huì)先反問(wèn)你有多少選項(xiàng)。僅從現(xiàn)有的檢測(cè)結(jié)果看來(lái)，很難說(shuō)宇宙會(huì)怎樣終結(jié)。我們確切知道的東西很少，因?yàn)樵跓o(wú)限可能的宇宙中，任何事情都有可能發(fā)生。不過(guò)隨著暗能量概念的提出，原先一些關(guān)于宇宙終結(jié)方式的理論看起來(lái)就不太可能了。

大坍縮

大坍縮是經(jīng)典的宇宙終結(jié)理論，其理論核心是由宇宙膨脹論延伸而來(lái)的。如果宇宙膨脹不是持續(xù)的，那么在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，宇宙會(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)間增加的引力而停止擴(kuò)張，然后開(kāi)始向內(nèi)收縮。

而最終結(jié)果是整個(gè)宇宙縮成一個(gè)小小的奇點(diǎn)。甚至有人提出，大坍縮之后可能會(huì)發(fā)生大的反彈，即一次形成新宇宙的大爆炸。也許我們的宇宙就是在不斷的大爆炸、大坍縮和反彈中無(wú)限更迭。

不過(guò)，暗能量的發(fā)現(xiàn)完全否定了大坍縮的可能，因?yàn)樗砻饔钪鎸⒂肋h(yuǎn)膨脹。 除非事實(shí)證明暗能量的性質(zhì)可以劇烈變化，否則大坍縮似乎不太可能是宇宙結(jié)束的方式。

戴森假想

關(guān)于宇宙最終命運(yùn)的一個(gè)重要問(wèn)題涉及它的居民：生物的智力和意識(shí)能否克服不斷增加的熵，避免“大凍結(jié)”的命運(yùn)？

20世紀(jì)70年代，弗里曼·戴森是第一批使用現(xiàn)代宇宙學(xué)觀點(diǎn)思考宇宙終點(diǎn)的物理學(xué)家之一。他提出，在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，智慧生物可能會(huì)找出一種“欺騙”大凍結(jié)狀態(tài)的方式。首先在末日到來(lái)之前，生物需要在宇宙中存儲(chǔ)一定的能量；然后他們將用其中一半的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)他們的思想（高度進(jìn)化的智慧生命的唯一存在形式）。這一半能源用完，生命將進(jìn)入不消耗任何能源的休眠狀態(tài)，而此時(shí)他們還有能量?jī)?chǔ)備。宇宙將繼續(xù)變冷，但在一段時(shí)間后，剩下的能源儲(chǔ)備將開(kāi)始釋放，智慧生物所創(chuàng)造的某些技術(shù)能讓他們?cè)俅伍_(kāi)始思考。

他們最終將復(fù)活，并且不會(huì)記得那段空白的時(shí)間。他們?cè)谟猛暌恍“雰?chǔ)備能量之后，帶著剩下的儲(chǔ)備能量繼續(xù)陷入休眠。如此無(wú)限循環(huán)，他們永遠(yuǎn)不會(huì)面臨末日。雖然每一次循環(huán)中智慧生物清醒的時(shí)間越來(lái)越短，但是從另一方面來(lái)說(shuō)，他們擁有永恒的生命。

戴森提出的永恒智能的概念不失為使文明永續(xù)的可能解決方案。但考慮到暗能量的影響，他設(shè)想的情節(jié)就不可能出現(xiàn)。在不斷加速膨脹的宇宙中，現(xiàn)在緊密相連的部分最終都將分離，而儲(chǔ)存其中的能量也就無(wú)法獲取。由此看來(lái)，在宇宙膨脹到一定程度之后，智慧生物將無(wú)法存續(xù)。

偽真空

當(dāng)然，暗物質(zhì)也可能根本不存在。我們?cè)诳紤]其他情形的時(shí)候總是假設(shè)我們所知的宇宙就是一切。但是如果我們的宇宙之外有其他宇宙的存在呢？如果我們的宇宙只是多元宇宙的一部分呢？這些其他宇宙能否影響我們自己的最終命運(yùn)？

答案是肯定的。雖然我們生存的宇宙是基本均勻且各向同性的，但放眼廣闊的多元宇宙（如果存在的話），它也不過(guò)是具有自身物理規(guī)律和準(zhǔn)則的一小部分而已。如果是這樣的話，我們的宇宙現(xiàn)在所處的狀態(tài)就是偽真空。我們錯(cuò)誤地假設(shè)我們正處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，但事實(shí)上這個(gè)宇宙有可能突然變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)。這將導(dǎo)致相變，類似于水在沸點(diǎn)時(shí)從液體變?yōu)闅怏w——只不過(guò)這次發(fā)生變化的是整個(gè)宇宙。

有科學(xué)家把多元宇宙比喻成一鍋沸騰的水，而我們的宇宙只是其中一個(gè)氣泡。每個(gè)“氣泡”都有自身的性質(zhì)和運(yùn)行規(guī)則，而“氣泡”之間可能發(fā)生碰撞——從我們的視角看就是我們的宇宙撞上了別的宇宙。

這聽(tīng)起來(lái)十分可怕。不同宇宙碰撞會(huì)瞬間改變一切事物的狀態(tài)，從而終結(jié)我們生存的宇宙。其結(jié)果可能是兩個(gè)宇宙的融合或者產(chǎn)生一些全新的東西。這種碰撞毫無(wú)預(yù)兆，而我們對(duì)此也無(wú)能為力。

而科學(xué)家們能做的，是找出過(guò)去是否有偽真空存在，這有助于我們推測(cè)這種碰撞是否會(huì)再次發(fā)生。這種史前的偽真空規(guī)?？隙ㄐ∮谖覀儸F(xiàn)在的宇宙，而它可能保留著關(guān)于很久以前讓人感興趣的事件發(fā)生的痕跡。

一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)試圖預(yù)測(cè)這種痕跡究竟是怎樣的。他們的主要目標(biāo)是宇宙微波背景（CMB）——科學(xué)家可以檢測(cè)到的最古老的光，它產(chǎn)生于宇宙140億年前。研究人員希望也許能在CMB中觀察到某個(gè)非均勻的部分，即使一個(gè)小小的光點(diǎn)也可能揭露很久以前偽真空存在。這樣的光點(diǎn)如果能被觀察到，那么它將成為多元宇宙理論的切實(shí)證據(jù)。

如果我們不能避免宇宙末日，至少我們要先了解它。