宇宙： 四種滅亡方式任你選

陳塘坳

研究認(rèn)為我們的星球難免會(huì)遭到厄運(yùn)——約60億年之后，太陽(yáng)內(nèi)部的氫元素將會(huì)全部消耗殆盡，太陽(yáng)光會(huì)因此消失，屆時(shí)地球生命將因而失去能量來(lái)源而滅絕。那時(shí)的太陽(yáng)會(huì)膨脹變大，將會(huì)經(jīng)歷紅巨星、白矮星、黑矮星而滅亡。然而地球只是太陽(yáng)系中的一顆行星，太陽(yáng)只是銀河系中上千億個(gè)恒星中的一顆，就算是浩瀚如銀河系，也只是在可觀測(cè)的宇宙中數(shù)千億個(gè)星系之一。那么，這整個(gè)廣闊的宇宙，將會(huì)以何種方式結(jié)束如今的存在？本文介紹了宇宙滅亡的四種可能的方式。

大凍結(jié)

是什么使得我們這個(gè)世界能夠合理地運(yùn)轉(zhuǎn)？答案是能量！你的車能開(kāi)動(dòng)是因?yàn)槠囅牧四芰?你的筆記本能運(yùn)行是因?yàn)橛须娔?，而這個(gè)電能是由燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化來(lái)的;包括人在內(nèi)的所有地球生物之所以能維持生命，得益于太陽(yáng)的能量。如果有一天，宇宙的能量全消耗完了，你能想象會(huì)是什么樣子嗎？毫無(wú)疑問(wèn)，那時(shí)宇宙就會(huì)像死了一樣寂靜，科學(xué)家們稱之為“熱寂”。也有人也稱為“大凍結(jié)”，意為萬(wàn)物的活動(dòng)被凍結(jié)。眾多科學(xué)家猜測(cè)我們的宇宙將以大凍結(jié)的方式結(jié)束。

那么，為什么會(huì)發(fā)生這個(gè)情況呢？這是由熱力學(xué)第二定律得出的。

熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)基本定律之一，它揭示了這么一條原理：在自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總混亂度（即“熵”）不會(huì)減小。也就是說(shuō)，我們整個(gè)宇宙在朝著熵增大的方向在前進(jìn)，終有一天宇宙的熵會(huì)達(dá)到最大值，而后將不再改變。當(dāng)宇宙的熵達(dá)到最大值時(shí)，宇宙中的其他有效能量已經(jīng)全部轉(zhuǎn)化為熱能，所有物質(zhì)都因達(dá)到熱平衡而處于相同的溫度下。到時(shí)，由于燃料耗盡，所有的恒星都不再發(fā)光，宇宙的熱活動(dòng)終止，整個(gè)宇宙陷入一片陰冷無(wú)生機(jī)的大黑暗當(dāng)中。

在19世紀(jì)初期熱力學(xué)發(fā)展以后，熱寂是宇宙滅亡的唯一選項(xiàng)。但進(jìn)入20世紀(jì)以后，隨著科技的進(jìn)步和天文物理學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)于宇宙的了解更加深入，更多宇宙滅亡的可能性被提出來(lái)。如今關(guān)于宇宙如何滅亡的猜測(cè)已經(jīng)超過(guò)了10種。

大坍縮

對(duì)相對(duì)論和量子力學(xué)兩大領(lǐng)域都作出杰出貢獻(xiàn)、被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家的愛(ài)因斯坦居然也曾公開(kāi)承認(rèn)錯(cuò)誤，并且將這個(gè)錯(cuò)誤稱為“一生中最大的錯(cuò)誤”。

大坍縮

這是怎么回事呢？原來(lái)，愛(ài)因斯坦一開(kāi)始就相信宇宙是靜態(tài)的，不會(huì)膨脹也不會(huì)縮小。但是這與他自己創(chuàng)造的引力場(chǎng)方程相矛盾——從引力場(chǎng)方程可以推斷出宇宙是變化的。為了支持宇宙是靜態(tài)不變的觀點(diǎn)，愛(ài)因斯坦往引力場(chǎng)方程里加入了一個(gè)常數(shù)，稱之為“宇宙學(xué)常數(shù)”。然而在1929年，美國(guó)科學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)星系紅移的哈勃定律，證明宇宙在不斷的膨脹，徹底否定了愛(ài)因斯坦的“靜態(tài)宇宙模型”。聽(tīng)到哈勃的發(fā)現(xiàn)后，雖然當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦已經(jīng)“名震天下”，但他仍十分大度地公開(kāi)承認(rèn)往引力場(chǎng)方程引入宇宙學(xué)常數(shù)是個(gè)錯(cuò)誤的行為。

哈勃定律奠定了膨脹宇宙模型的基礎(chǔ)，膨脹宇宙模型目前仍被廣大科學(xué)家所接受。一個(gè)自然而然的問(wèn)題隨之出現(xiàn)，宇宙會(huì)一直膨脹到什么程度？最終的結(jié)果會(huì)是怎么樣的？如果宇宙永無(wú)休止膨脹的話，熱寂依然是宇宙的結(jié)束方式。

但以霍金為代表的科學(xué)家認(rèn)為：當(dāng)宇宙膨脹到一定程度以后，膨脹停止。然后隨著引力的作用，宇宙將開(kāi)始收縮，向內(nèi)塌陷，直到它坍塌回為超級(jí)熱、超稠密的奇點(diǎn)。

這是因?yàn)橛钪娉跏嫉拇蟊óa(chǎn)生了非常強(qiáng)大的沖力，促使宇宙向外膨脹。但如果宇宙的密度足夠大，就會(huì)迫使這種膨脹的趨勢(shì)減弱，速度減慢。而當(dāng)膨脹到一定程度以后，宇宙就會(huì)由于引力的作用開(kāi)始收縮。暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)給了我們無(wú)限遐想，這種無(wú)處不在但卻看不見(jiàn)的物質(zhì)也許大量充斥空間，能產(chǎn)生強(qiáng)大的引力幫我們把這個(gè)世界拉回來(lái)。

但“大坍縮”理論在世紀(jì)之交時(shí)遭到了“悶頭一棍”—— 1998年，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)家索爾·珀?duì)栺R特通過(guò)觀測(cè)Ia型超新星發(fā)現(xiàn)：宇宙在加速膨脹！如此看來(lái)，宇宙的引力并沒(méi)有像我們所想象的那樣起作用，似乎“大凍結(jié)”比“變回奇點(diǎn)”的可能性要大得多。

大變化

大變化

想象這樣一個(gè)場(chǎng)景？一個(gè)人手里握著一粒神奇的“冰晶”，他把“冰晶”往海里一扔，全世界的海瞬間結(jié)冰了。

這是什么冰晶如此厲害？這就是冰9。

實(shí)際上，一杯水想要結(jié)冰，首先就要先形成冰晶，而冰晶的產(chǎn)生不僅僅要求溫度低于水的熔點(diǎn)，還要求水中最好要有雜質(zhì)——雜質(zhì)有助于冰晶的形成。而一旦有一粒冰晶存在，整杯水就會(huì)像觸發(fā)機(jī)關(guān)一樣的快速凝結(jié)成冰。所以，一杯100%純凈的水，即使水過(guò)冷（溫度低于熔點(diǎn)），它還不會(huì)結(jié)冰。但你只要往水里扔一粒冰晶，水瞬間就會(huì)全部結(jié)冰。物質(zhì)傾向于向更加穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化——假設(shè)有一個(gè)球被放在一個(gè)小坡的坡頂，坡頂?shù)那虿环€(wěn)定，容易滾到低處。這時(shí)只要有人推一下球，球就會(huì)滾到相對(duì)穩(wěn)定的坡底。類似的，低溫下的水結(jié)冰就像是坡頂?shù)那驖L下坡底，而冰晶就是推動(dòng)球滾動(dòng)的外力。

冰9其實(shí)是科特·馮內(nèi)古特的小說(shuō)《貓的搖籃》中出現(xiàn)的一種虛構(gòu)材料。冰9的熔點(diǎn)為45.8℃。當(dāng)冰九與溫度低于45.8°C的液態(tài)水接觸時(shí)，它會(huì)充當(dāng)晶種，并導(dǎo)致水凝固，形成更多的低能量的冰9。這個(gè)事情看起來(lái)很荒謬，卻給我們一個(gè)深深的啟發(fā)：宇宙會(huì)不會(huì)就像一杯過(guò)冷的水，它將一直平穩(wěn)運(yùn)行，直到一個(gè)帶來(lái)滅頂之災(zāi)的“冰晶”出現(xiàn)，這將導(dǎo)致宇宙的狀態(tài)迅速向“冰”轉(zhuǎn)化。

科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)“冰晶”就是真空氣泡。真空氣泡里面并非沒(méi)有物質(zhì)，因?yàn)楦鶕?jù)量子力學(xué)的原理，真空內(nèi)也存在粒子，但它們是瞬間產(chǎn)生和衰變的。真空氣泡以宇宙最低能量的狀態(tài)存在，它可以吞并一切。其滅亡宇宙的方式便是真空衰減——真空氣泡以光速席卷一切，其范圍也不斷變大。被它籠罩住的區(qū)域內(nèi)，不僅生物無(wú)法存活，所有的物質(zhì)甚至都會(huì)被打得粉碎，變成看不見(jiàn)的微觀粒子。

大撕裂

2003年，美國(guó)新罕布什爾達(dá)特茅斯大學(xué)的物理學(xué)家羅伯特·卡德威爾提出了“大撕裂”假說(shuō)。卡德威爾認(rèn)為：550億年后，宇宙膨脹到一定的程度，宇宙里所有的物質(zhì)都會(huì)被撕裂，甚至連原子都不能幸免。小如原子都可能被撕裂，這個(gè)結(jié)局無(wú)疑是十分慘烈的，著實(shí)令人恐懼！

一般來(lái)說(shuō)，宇宙的物質(zhì)（包含普通物質(zhì)和暗物質(zhì)）產(chǎn)生的引力使宇宙有收縮的趨勢(shì)，但一直以來(lái)宇宙的膨脹并沒(méi)有一絲減慢的跡象，甚至還在加速進(jìn)行。很明顯，物質(zhì)的引力作用敗給了一種促使宇宙膨脹的神秘力量，科學(xué)家們將這個(gè)未知的幕后“推手”稱為“暗能量”。而正是這股將宇宙撐大的未知能量——暗能量，可能在幾百億年后將宇宙撕個(gè)粉碎。

大撕裂

為什么暗能量將會(huì)撕裂宇宙呢？因?yàn)榘的芰磕芴峁┮环N未知的斥力，該斥力使得能使物質(zhì)相互排斥。當(dāng)暗能量的數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)，它產(chǎn)生的斥力變得非常強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)在已知的四種基本力——萬(wàn)有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強(qiáng)相互作用力，足以撕開(kāi)所有堅(jiān)固的星系。任何物質(zhì)甚至連原子都將被撕裂。雖然宇宙一直在膨脹，但暗能量的密度卻是一個(gè)恒定值，這意味著暗能量的數(shù)量會(huì)隨著宇宙的膨脹而變大?？梢韵胂?，宇宙膨脹幾百億年后，各個(gè)星球已經(jīng)相距得非常遠(yuǎn)。當(dāng)你身處其中一個(gè)星球時(shí)，你基本可以認(rèn)為其他星球不存在。但這還不是最差的結(jié)果，因?yàn)槟闵硖幍倪@顆星球也即將消失——彼時(shí)的暗能量變得相當(dāng)大，所有的物質(zhì)就會(huì)被碎裂成微小的粒子，整個(gè)宇宙將成為一片看不到的廢墟。

毫無(wú)疑問(wèn)，不管宇宙以這四種方式中的哪一種滅亡，人類都將遭遇滅頂之災(zāi)。但就算宇宙終將走向滅亡，那也是幾百億年后的事情，留給人類的時(shí)間還很充足。所以我們現(xiàn)在擔(dān)心宇宙滅絕，未免有點(diǎn)杞人憂天。人類也并非不能挺過(guò)宇宙大劫難，因?yàn)楦鶕?jù)平行宇宙理論，這個(gè)世界可以允許多個(gè)宇宙并行——我們可以創(chuàng)造出一個(gè)宇宙，然后跳進(jìn)去，即使外部的宇宙發(fā)生巨大變化，人類可以在自己創(chuàng)造的宇宙里面安全度過(guò)危機(jī)。