宇宙的最终命运是什么

2019年4月10日21时,人类首张黑洞照片面世。数千年来,人们一直想要知道一个问题的答案,那就是:宇宙会有终结吗?

美国诗人艾略特在描写这个世界的终结时写道:“不是爆炸,而是呜咽。”但如果你想要得到一个更加详实的回答,你会发现物理学家们早就在自己的脑海中将这个问题反反复复思考了无数次,并且已经列出了几种最有可能的结局。

美国新罕布什尔达特茅斯大学宇宙学家罗伯特·卡德维尔指出:“在教科书和宇宙学课堂上,我们了解到宇宙的未来存在三种不同的命运走向。”

在其中的一种命运走向中,宇宙将永远膨胀下去,于是其中的所有物质将最终完全解体,变成能量形式存在,宇宙在寂静中缓慢“死去”,也就是物理学家们常说的所谓“热寂”；或者,按照第二种命运路径,引力将最终阻止宇宙的无限膨胀并开始反向收缩过程,最终宇宙将塌缩,产生一次“逆向大爆炸”过程,即所谓“大挤压”；除了这两种之外,还有第三条路:宇宙中的暗能量将导致宇宙的膨胀加速,越来越快,导致无法控制的“大撕裂”。

在探讨宇宙的死亡之前,我们先来看一下宇宙的诞生。我们当前的认识是认为时间和空间都源自宇宙大爆炸——这是一个亚原子尺度,超高温,超高密度的点突然爆炸性膨胀的结果。当一切开始逐渐降温,冷却到一定温度的时候,粒子开始形成,并逐渐构建出宇宙中的那些较大尺度上的结构,比如星系,然后是恒星、行星、地球,还有我们,诞生了。今天大约是宇宙诞生之后137亿年,但我们还不清楚宇宙还可以存在多久。

宇宙的第一种命运是“热寂”:有一天,宇宙中所有恒星都将最终耗尽最后的能源,并先后死去,宇宙中将不再有闪耀的恒星,剩下的只是致密的恒星尸体:白矮星、中子星等等。而那些最大质量的恒星死去之后留下的则是黑洞。尽管这些黑洞并不像大家所想象的那么“贪吃”,但只要经过足够长的时间,宇宙中的绝大部分物质还是将会被这些黑洞吞噬。这时候,某些奇异的事情就将发生。

已故英国物理学家霍金认为,黑洞并非完全“只出不进”,而是会产生一种称为“霍金辐射”的特殊辐射效应。这种辐射实际上会消耗一部分黑洞的质量,从而导致黑洞发生缓慢的“蒸发”。英国赫尔大学天体物理学家凯文·平布莱特指出:在大约10的100次方年之后(对,这是一个很大很大的数字,写出来大概就是1后面跟着100个0),宇宙中所有的黑洞都将蒸发消失。此时的宇宙将变得一无所有,剩下的只有虚空中的能量。

与之相反,如果按照“大挤压”理论给出的未来前景,恒星和星系之间的引力作用有朝一日将开始拉拽整个宇宙,使其开始收缩。整个过程有点像是宇宙大爆炸的逆向过程,这一过程中星系群之间将逐渐相互靠近并最终合并,恒星和行星相互碰撞,融合,最终整个宇宙和它其中的一切都将回归到一个体积无限小,密度无限大的点上——就像大爆炸发生之前那样。

这样的前景让科学家们本能地觉得喜欢,因为它似乎提供了一种传统意义上的对称性。正如卡德维尔所言:“它简单明了。就像你去野餐,然后回来,没有带走什么,也没有留下什么。”

宇宙命运的第三种,也是最后一种假说,是“大撕裂”。在这种情景下,暗能量将发挥基础性作用。暗能量是一种具备“负引力”的存在,它会抵抗重力,并让宇宙加速膨胀,人类目前对于暗能量的本质几乎一无所知。

在暗能量的作用下,宇宙将加速膨胀,直到遥远的星系变得极为遥远,以至于它们发出的光线再也无法抵达我们的眼睛。随着加速继续进行,越来越近的天体都开始接连远去,消失在视线之外——太阳系将被一堵“暗黑之墙”包围——放眼四周,宇宙一片黑暗,就如一片暗黑的汪洋大海,没有一丝星光。

紧随其后的,是物体本身的解体——星系将解体,太阳系将解体,然后让你的思维继续下去吧——行星将被撕裂,然后是组成所有物质的原子都将被生生撕开,最终,整个宇宙将被暗能量撕开,一切都将毁灭。

那么按照目前我们的认识,以上哪一种前景是最有可能发生的呢?由于我们对暗能量几乎还一无所知,科学家们其实目前还无法判断究竟哪一种发生的可能性更大。但卡德维尔期待人类在观测设备方面的进步,比如美国宇航局的“宽视野红外巡天望远镜”,以及不久之后将要开始部署的“大型综合巡天望远镜”将帮助人类最终阐明暗能量的行为,或许这将帮助我们更好地预测宇宙的最终命运。

□浪科

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