宇宙將如何終結(jié)？揭秘四種可能命運(yùn)
鳳凰探索 2015-08-14 08:33:05
1/17據(jù)國外媒體報道大約60億年后，地球很可能被蒸發(fā)，因為屆時垂死的太陽將膨脹成一顆紅巨星吞沒地球。但地球只是太陽系里的一顆行星，太陽只是銀河系里幾千億顆恒星中的一顆，整個可觀測宇宙里存在幾千億個星系，那么它們的命運(yùn)是什么呢？宇宙將如何終結(jié)？科學(xué)很少關(guān)注于這將如何發(fā)生，我們甚至不確定宇宙是否會到達(dá)一個確定的終點，或者就是慢慢縮小。最好的理解表明宇宙模式可能存在幾種可能，這將提供某些我們將如何存活的暗示。
2/17有關(guān)宇宙終結(jié)的第一個線索來自熱力學(xué)。宇宙的熱死亡并不是火焰的地獄，而是死于不同差異的熱。這聽上去可能并不令人害怕，但熱寂比活活燒死更糟糕。這是因為幾乎日常生活的一切事物都需要某種溫度差異，無論是直接的還是間接的。例如，你的汽車能夠跑動是因為發(fā)動機(jī)內(nèi)部比外部更熱。你的電腦依靠當(dāng)?shù)仉姀S提供的電運(yùn)行，而電可能來源于加熱水或者風(fēng)力發(fā)電。
3/17圖為像M74這樣的星系正在遠(yuǎn)離我們。然而，一旦宇宙到達(dá)熱寂，任何地方的任何事物都是相同溫度，這意味著將不會發(fā)生任何事情。每一顆恒星都將死亡，幾乎所有物質(zhì)都將腐爛，最終剩下的只是稀疏的粒子湯和輻射。在19世紀(jì)早期發(fā)展熱力學(xué)理論之后，熱寂似乎是宇宙終結(jié)的唯一可能性。但是100年后，愛因斯坦的廣義相對論表明宇宙可能擁有一個更加戲劇性的命運(yùn)。
4/17圖為宇宙微波背景輻射。 廣義相對論認(rèn)為物質(zhì)和能量會彎曲時空。時空和物質(zhì)-能量之間的關(guān)系延伸至整個宇宙。根據(jù)愛因斯坦的觀點，宇宙的事物決定了宇宙本身的最終命運(yùn)。這一理論預(yù)測宇宙作為整體要么膨脹要么收縮。它的大小不會維持恒定不變。如果宇宙在膨脹，那么它之前一定比現(xiàn)在小。這導(dǎo)致了宇宙大爆炸理論：宇宙最開始是極其小的，然后瞬間快速膨脹。
5/17在宇宙大收縮里，宇宙可能自我坍塌。 更多東西意味著更多引力，它將拖拽所有一切并減慢膨脹速率。 只要東西的數(shù)量不超過一個嚴(yán)格的界限，宇宙將繼續(xù)膨脹，最終經(jīng)歷熱寂和凍干。但如果東西數(shù)量并不多，那么宇宙的膨脹可能會減慢和停止。然后宇宙開始收縮，變得更熱更密集，最終形成一個緊湊的地獄，有點類似顛倒的宇宙大爆炸，被稱為宇宙大收縮（Big Crunch）。
6/17在整個20世紀(jì)，天體物理學(xué)家都不確定將發(fā)生哪一種情景。大凍結(jié)還是大收縮？冰還是火？他們試圖進(jìn)行一項宇宙普查，補(bǔ)充宇宙里究竟還有多少物質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們非常接近嚴(yán)格的界線點，這導(dǎo)致我們的命運(yùn)再次懸而未決。1998年，兩組相互競爭的天體物理學(xué)家小組宣布了一項令人驚訝的發(fā)現(xiàn)：宇宙的膨脹在加速。暗能量會撕裂宇宙，我們?nèi)匀徊恢浪烤故鞘裁?，但宇宙?0%的能量都是暗能量，且這個數(shù)字一直在增加。
7/17暗能量的存在意味著宇宙里物質(zhì)的量可能無法決定宇宙的最終命運(yùn)。相反，控制著宇宙的是暗能量，它加速了宇宙膨脹。這導(dǎo)致大收縮理論發(fā)生的可能性比較低。但也并不意味著大凍結(jié)一定會發(fā)生。仍然存在其它可能性。其中一個起源于亞原子粒子的世界，這可能是宇宙最奇怪的命運(yùn)。它聽起來就像科幻小說里的情節(jié)，從某種角度上說，它的確是。
8/17真空可能忽然落入非常低的能量水平。 在庫爾特·馮內(nèi)古特（Kurt Vonnegut）的經(jīng)典科幻小說《貓的搖籃》里，冰-9是水冰的一種新形式，它有著不可思議的特性：它在46攝氏度的溫度下凝結(jié)，而非0度。當(dāng)冰-9晶體落入一杯水里，周圍所有的水都會立即模仿晶體。
9/17即使完全空的空間也包含能量。 量子力學(xué)描述了即使在完全空洞的真空里，仍存在少數(shù)能量。如果這是真的，那么整個宇宙就像一杯超冷卻的水，它只能持續(xù)到低能量真空“泡沫”出現(xiàn)之前。幸運(yùn)的是，目前尚未有任何我們已知的這類泡沫。不幸的是，量子力學(xué)描述了如果低能量真空是可能的，那么這樣的真空泡沫可能不可避免的會出現(xiàn)在宇宙某處。當(dāng)這發(fā)生時，就像冰-9一樣，新的真空將改變周圍的舊真空，泡沫將以接近光速的速度膨脹。
10/17圖中幽靈般的暗能量會摧毀一切。 在泡沫里，事情可能完全不同，也不是非常不宜居?；玖Ｗ?，例如電子和夸克的特性可能完全不相同，這將改寫化學(xué)規(guī)則，甚至阻止原子的形成。人類、行星甚至恒星本身可能在大改變（Big Change）中被摧毀。雪上加霜的是，在大改變后暗能量的表現(xiàn)形式可能將變得有所不同。它并不會驅(qū)動宇宙加速膨脹，而是拖拽宇宙不斷自我坍塌，最終迎來“大收縮”。
11/17圖中大撕裂始于撕裂星系。 此外，還存在第四種可能性，在這種情形里暗能量仍然居于中心位置。不過這一理論是高度揣測性的，且可能性非常低。暗能量可能比我們目前預(yù)想的更加強(qiáng)大，它甚至可以憑借一己之力終結(jié)宇宙，而根本不需要經(jīng)過什么大改變、大凍結(jié)或是大收縮。 暗能量具有一種非常奇特的性質(zhì)。情況還可以變得更加詭異：如果暗能量的密度隨著宇宙的膨脹而增加，情況將會如何？
12/17圖中大撕裂將撕裂行星和恒星。 如果幽靈暗能量真的存在，那么黑暗終將勝利——正如電影《星球大戰(zhàn)》中警告我們的那樣。 目前， 暗能量的密度還非常低，遠(yuǎn)低于地球上物質(zhì)的密度水平，甚至低于銀河系的密度水平。但隨著時間的推移，幽靈暗能量的密度將持續(xù)累積并最終撕裂宇宙。
13/17 幽靈暗能量理論與一些基本宇宙理論之間存在沖突，例如物質(zhì)與能量的運(yùn)動速度不可超越光速的假設(shè)?；谖覀儗τ钪媾蛎浀挠^測以及粒子物理學(xué)的實驗結(jié)果，宇宙的最終命運(yùn)更有可能是大凍結(jié)，很有可能在那之后還會經(jīng)歷大改變和一次終極的大收縮。 這是非?？膳碌奈磥怼獊児懦志玫谋淇諘?，在真空衰變中終結(jié)，最終迎來終極塌縮一片虛無。有沒有可能逃離這樣的噩夢？抑或是我們命中注定的末日？
14/17所有的終將過去。 對于我們個人而言， 就沒有必要去擔(dān)心宇宙終結(jié)。可能除了大改變 之外，以上討論的所有事都是在未來億萬年后才有可能發(fā)生的，它尚未成為一個迫在眉睫的問題。 我們也不必為人類的命運(yùn)擔(dān)憂。如果沒有發(fā)生其他變故，早在這一切發(fā)生之前，光是遺傳漂變就已經(jīng)足以讓我們的后代變得面目全非。
15/17圖為出生后不久的宇宙快速膨脹。據(jù)阿蘭表示第一步將是創(chuàng)造出一種密度極高的物質(zhì)形式——它的密度如此之高以至于幾乎可以自我塌縮成為黑洞。如果能夠以恰當(dāng)?shù)姆绞綄崿F(xiàn)這一步，并迅速清空該區(qū)域周圍的其他物質(zhì)，那么我們或能夠迫使這一空間區(qū)域發(fā)生快速膨脹。事實上，你已經(jīng)創(chuàng)造了一個全新的宇宙。隨著該區(qū)域空間的膨脹， 邊界將會收縮，創(chuàng)造一個彎曲空間的“氣泡”，氣泡“里面”要比“外面”更大。
16/17宇宙大爆炸：宇宙的出生。 最終，外界將完全收縮消失，新生宇宙讓我們逃脫“舊”宇宙里我們將要面臨的厄運(yùn)。 至于這是否真的可行我們目前還無法確定。古斯表示：“對此我們還不甚清楚。我們目前不確定這樣做是否可行?！比欢潘怪赋鲇钪娼K結(jié)以外我們還存在另一線希望——只有一絲而已。
17/17其它宇宙可能會出現(xiàn)。許多宇宙學(xué)家現(xiàn)在相信暴漲理論是目前解釋早期宇宙的最佳理論。該理論認(rèn)為我們所處的宇宙僅僅是多重宇宙的一小部分，并且存在著一個永恒膨脹的“背景”，它不斷制造出像我們宇宙這樣的新的“口袋宇宙”。也許卡夫卡的那句話是對的，他說：“有很多希望，無限多的希望——但不是我們的。”(編譯/嚴(yán)炎劉星)
