宇宙将如何终结？

史春树

科学已经勾画出四种宇宙毁灭的方式。它们被称作：大冻结、大崩塌、大变动和大撕裂。别惊慌，我们的星球确实在劫难逃，只是要等一段时间。大约在60亿年后，当濒死的太阳膨胀成一个红色的巨星吞噬我们的星球时，地球有可能蒸发殆尽。但是，地球只是太阳系中的一颗行星，太阳只是星系中成百上千亿恒星中的一颗，而在可观测到的宇宙中有几千亿个星系。等待这一切的命运会是什么？这个宇宙将如何终结？

科学家对宇宙终结将如何发生远未达成统一意见。我们甚至都不确定宇宙是否会走向确凿无疑的终结，或只是慢慢地萎缩。物理学界目前指出了最终的宇宙大灾难有几种可能性，并提出人类有可能生存下来的一些线索。

热寂就要降临

宇宙终结的第一个线索来自于热力学。它就好比在街上布道的狂热牧师，手里举着一张带有警示的海报：热寂就要降临！

尽管名字挺吓人，但宇宙的热寂不是熊熊燃烧的阴曹地府。相反，它是宇宙万物处于热平衡中的死亡。这听上去有些吓人，但热寂比烧焦成一堆焦炭要糟糕得多，因为在我们日常生活中，几乎所有事物，直接或间接的，都需要某种形式的温度差。

比如，车辆能行驶是由于引擎内部比外部热;电脑借助发电厂输送的电才能运行，而发电厂可能是通过加热水并用它来转动汽轮机发电;人类汲取依靠太阳与宇宙间的巨大温差生长的食物才得以生存。

然而，一旦宇宙达到热寂状态，所有空间的所有事物将是同样的温度，这就意味着没有任何有趣的事情会发生。

每颗星球都将会死去，几乎所有的物质将会腐烂，最终，所有剩下的物质将会是稀稀落落的粒子和辐射。甚至，它们的能量也将会通过宇宙的膨胀，随着时间的推移而衰竭，使所有物质处于高于绝对零度几分之一度的状态。在这种“大冻结”中，宇宙均匀地处于寒冷、死亡和空寂的终结状态。

要么膨胀要么收缩

随着热力学在19世纪初期的发展，热寂理论看上去像是宇宙终结唯一可能的方式。但100年前，爱因斯坦的广义相对论提出宇宙有着更具戏剧性的命运。

广义相对论认为物质和能量可以弯曲时间和空间。时间、空间跟物质、能量的这种关系类似于舞台跟演员之间的关系。按照爱因斯坦的说法，宇宙中的这种东西决定了宇宙本身的最终命运。

这一理论，预言宇宙作为整体要么膨胀要么收缩。爱因斯坦在1917年就认识到了这点，但他并不愿意相信，以至于他回避了自己的理论。

1929年，美国天文学家埃德温·哈勃发现了宇宙在膨胀的确凿证据。爱因斯坦改变了想法，把自己以前坚持认为宇宙是静止的观点称之为一生事业中“最大的错误”。

如果宇宙一直在膨胀，那么它以前肯定比现在要小。这个认知产生了宇宙大爆炸理论：宇宙开始于一个令人难以置信的小东西，然后又以令人难以置信的速度膨胀。甚至今天我们也能在宇宙微波背景辐射中看到大爆炸的“余烬”——来自于空间中全方位的持续不断的无线电波。

那么，宇宙的命运就取决于一个非常简单的问题：宇宙是否会继续膨胀？以多快的速度膨胀？

对于一个含有正常“填充物”的宇宙来说，比如物质和光，关键在于量的多少。更多的填充物意味着更多的重力。重力把所有物质往一块聚拢，减弱膨胀的速度。只要填充物的数量不超过临界点，宇宙将会继续无休止地膨胀，并最终达到热寂状态，冰冻而死。

但如果填充物过多，宇宙的膨胀会减速和停止，宇宙便开始收缩。一个收缩的宇宙会变得越来越小，越来越热，越来越密，最后终结于一个密度令人难以置信的地狱，类似于宇宙大爆炸的反面，称之为“大崩塌”。

临界状态，前途未卜

在20世纪的大部分时间里，天体物理学家们并不确定哪种情景会呈现。是“大冻结”还是“大崩塌”？是冰还是火？

他们进行了一次宇宙普查，把宇宙中的所有物质累加起来。结果显示我们正奇怪的处于某种临界状态，前途未卜。

直到20世纪末，所有的一切都改变了。1998年，两支相互竞争的天体物理学家团队做出了惊人的宣布：宇宙的膨胀正在加速。

正常的物质和能量无法使宇宙产生如此行为。但是一种全新的能量，“暗能量”，其行为与宇宙中所有其它的物质都不同。宇宙中大约70%的能量都是暗能量，而且每天都在增加，暗能量在撕裂宇宙。

暗能量的存在意味着宇宙中物质的数量并不能决定它的最终命运。自时间初始以来，暗能量就在控制着宇宙，一直加速着宇宙的膨胀。这使得大崩塌不可能发生，也不意味着大冻结无可避免。暗能量使宇宙存在了一定的变量，或许会形成宇宙最怪异的命运。

人类、行星、甚至恒星自己会在此“大变动”中遭到毁灭。在1980年的一篇论文中，物理学家西德尼·科尔曼和弗兰克·德·卢西亚把它称之为“终极的生态灾难”。

“大崩塌”会给我们的宇宙带来一次炽烈的终结

雪上加霜的是，大变动之后，暗能量的行为会有所不同。暗能量不会驱使宇宙加速膨胀，而会使宇宙向内收缩，形成“大崩塌”。

幻影暗能量

还有第四种可能性，暗能量又是“关键先生”。暗能量也许比我们想象的更有威力，也许有能力独自终结宇宙，而无需借助“大冻结”、“大崩塌”或“大变动”。

暗能量有一种特别的属性，即随着宇宙的膨胀，它的密度维持不变。这就意味着随着时间的推移，更多的暗能量出现了以匹配日益膨胀的宇宙。这非同寻常，但并未破坏物理学的任何法则。

然而，它可以变得更加诡异。随着宇宙的膨胀，如果宇宙中暗能量的数量增加得比宇宙本身的膨胀还要快，那该怎么办？

这个理论是由新罕布什尔州汉诺威的达特茅斯学院的罗伯特·考德威尔提出的。他称之为“幻影暗能量”。它将导致宇宙走向一个非常奇怪的终极命运。

如果幻影暗能量存在的话，悲催的一面是我们的最终灭亡就会像《星球大战》电影里警告的一模一样。

目前，暗能量的密度很低，远比地球上物质的密度要低，甚至低于银河系的密度（银河系比地球的密度低很多）。但随着时间的推移，暗能量会聚集，并最终撕裂宇宙。

在一篇2003年的论文中，考德威尔和他的同事勾画了一种他们称之为“宇宙末日”的场景。一旦幻影暗能量的密度变得比某个特殊的物体更密，此物体就会被撕裂成碎片。

首先，幻影暗能量会撕开银河系，使组成银河系的恒星在宇宙中飘荡。其次，太阳系会被松绑，因为暗能量的撕扯会比太阳对地球的引力更加强大。最终，狂乱的几分钟后地球将爆炸。然后，原子在一眨眼的功夫就自身粉碎，接着是宇宙自身撕裂。考德威尔把它叫做“大撕裂”。考德威尔承认“大撕裂”的理论听上去有些古怪，有些科幻。

不过，基于我们对宇宙膨胀的观察和粒子物理学的实验，宇宙的终极命运似乎更可能是大冻结，接踵而来的可能是大变动和最终的大崩塌。

我们能够生存下来吗？

这是一幅非常黯淡的未来画卷——永世无穷尽的寒冷和空无，最后被真空衰变和最终的内爆转变成虚空而终结。那么，宇宙有没有可能逃避这样的宿命？抑或是我们注定要在宇宙终结时的晚餐桌上迎接灭亡？

当然，我们作为单独的个体没有任何理由为宇宙的命运担忧。除了大变动的时间难以预料之外，所有这些假想的事件尚有好几万亿年，因此它们并不是迫在眉睫的难题。

宇宙微波背景辐射图

“大撕裂”将撕裂行星和恒星

同样，也没有任何理由为人类担心。不出意外的话，遗传漂变（是指一个族群中的生物个体的数量较少时，下一代的个体容易因为有的个体没有产生后代，或者是有的邓伟基因没有传给后代，而下一代有不同的等位基因频率。一个等位基因可能因此在这个族群中消失）将使得我们的后代变得跟今天的我们完全不一样。那么，任何具有智慧情感的生物，无论是人类还是其他物种，能够生存下来吗？

美国普林斯顿高等学术研究所的物理学家弗里曼·戴森在1979年发表的一篇经典论文中探讨过这个问题。那时，戴森认为生命体可以改造自身进而在“大冻结”中幸存。戴森认为，逃过“大冻结”要比经历地狱般的“大崩塌”容易得多。

时至今日，由于暗能量的发现，戴森对于这个问题的看法已经不如往日乐观。加速膨胀意味着我们将最终失去与绝大部分星系之间的联系，从而大大限制我们能够获取的能源数量。戴森表示：“从长远来看，这是一种非常令人悲催的情形。”

然而，情况仍有可能发生变化。戴森指出：“我们目前仍然无法确定这样的膨胀是否会一直持续下去，因为我们还不理解宇宙为何会加速膨胀。比较乐观的观点是，随着宇宙变得越来越大，这样的加速终将减缓。那样的话，我们的未来还有希望。”

可是，如果宇宙的膨胀没有减速又会发生什么情况呢？对此，一些物理学家给出了自己的解决方案：要想逃离宇宙终结的命运，我们应该在实验室里创造我们自己的宇宙，然后纵身跳进去。

这些物理学家中的一位是美国麻省理工学院的阿兰·古斯，他是研究早期宇宙方面的著名专家。古斯教授表示：“我无法确信物理学定律会支撑这样的做法。如果可能，那么这也将需要极高的，远远超出我们目前能够预见的技术水平。它也将需要巨大的能量进行创造和控制。”

按照古斯的设想，第一步是创造出一种密度极高的物质——高到介于崩塌为黑洞的临界点。如果能够以正确的方式实现这一步，并迅速清空该区域内的其他物质，我们或许就有可能迫使这一空间区域快速膨胀。

实际上，你此时已经开创了一个全新的宇宙。随着该区域空间的膨胀，宇宙的边界将会收缩，形成一个扭曲的空间“气泡”。这一空间的“里面”要比“外面”更大。

最终，外部的世界完全收缩成一片虚空，新生的婴儿将摆脱“旧”宇宙的束缚，使我们免于将要面临的任何厄运。

不过，基于当前的认识水平，我们还远远无法确定这样做是否真的可行。

古斯是最早提出早期宇宙曾经在几分之一秒时间内经历过一次极高速膨胀的科学家，即 “宇宙暴涨”理论。许多宇宙学家都相信暴涨理论是目前解释早期宇宙中各类现象的最佳理论。而古斯所设想的创造一个新宇宙的计划正是基于重现这样的暴涨。

暴涨对宇宙的终极命运有着奇妙的影响。该理论认为我们所处的宇宙仅仅是所谓“多重宇宙”中的一个。它有着一个永恒膨胀的“背景”，并且在不断孵化出像我们所处的宇宙这样的“袖珍宇宙气泡”。

大爆炸：宇宙的诞生

古斯表示：“如果情况的确如此，那么即便我们确信每一个单独的宇宙‘气泡’最终冻结死去，但多重宇宙作为一个整体将会永生，在每一个新的‘宇宙气泡’中都有新的生命产生。在这样的景象之中，尽管单个的宇宙‘气泡’会不断的生生死死，多重宇宙作为一个整体是真真正正的永恒！”