宇宙如何终结
“有人说世界终于火，有人说它将毁于冰。”宇宙会如何终结？这不只是个哲学问题。宇宙学家们提出了种种猜测。
宇宙学中的一些大问题，往往也是引发哲学家深思的问题。宇宙是什么时候开始的？怎样开始的？宇宙一直在膨胀吗？（这三个问题的答案是：大约138亿年前；一个致密炽热的点在高密度状态下迅速膨胀，即所谓的大爆炸；是的，但膨胀速度不总是相同。）但是还有一个问题我们目前还没弄明白：宇宙将如何终结？
这是一个很大的问题，但科学家们已经取得了惊人的进展。20世纪末，天体物理学界震惊地认识到，宇宙正在加速膨胀。在几十年前，科学家们就已经知道，遥远的星系一直在远离我们，离得越远的星系远离的速度越快。对这一现象唯一合理的解释就是宇宙在不断膨胀。考虑到宇宙中的所有物质都在膨胀，那么在不断增强的引力影响下膨胀的速度应该会减慢。但是当宇宙学家试图计算这一减缓速度时，却得到一个负值——宇宙膨胀速度在加快！
没人知道是什么造成了这一结果，因此宇宙学家将这背后的神秘“推手”称为暗能量。据分析，暗能量约占整个宇宙总含量的69%。暗能量很快就成为关于宇宙最终终结的所有讨论的一部分。虽然还没有明确的答案，但这些讨论已经提出了一些有趣的可能性。
大撕裂
谁也不知道暗能量到底是怎样的，因此我们不能确定它将来会有什么表现。2003年，罗伯特·考德威尔提出了宇宙大撕裂假说。这个理论的基础是，在暗能量的驱动下，宇宙膨胀的加速度会不断增加。
想象一下，如果有一辆可以无限加速的汽车，司机一直踩着油门，汽车的速度越来越快，加速度也越来越大，最终强大的摩擦力会把整辆车子撕裂开。罗伯特认为类似的情形也将发生在无限加速膨胀的宇宙：星系将溃散；行星将脱离恒星的束缚：甚至每一个原子都被撕裂。最后，我们的宇宙将以爆炸的方式结束，并缩小为一个理论上具有无限能量的奇点。
根据现有的理论预测，“大撕裂”如果真的会发生，可能还要220亿年才会到来。但相关理论还缺乏细节，而一些科学家的工作则为之补充了越来越多的东西。数学家迪卡兹的研究方向之一是流体在近光速运动中（这可能发生在极端天文条件下，如恒星爆炸时）的表现。他和同事们成功模拟了黏性流体如何以相对论速度（接近光速的速度）运动。
几十年来，科学家们试图将传统物理学对黏度的理解与“宇宙黏度”的概念联系起来。宇宙黏度反映了宇宙对加速膨胀的抵抗力。迪卡兹的工作有助于人们对宇宙黏度的了解。他的研究首次表明，造成大撕裂（如果真的会发生的话）的驱动力可能是宇宙黏度。
这一结果很吸引人，但迪卡兹表示要完善这一理论还需更多工作，特别是关于无限能量的部分。“在物理学中，发现一个无穷的量常常暗示着我们可能缺少拼图的一部分。”他說。
进一步完善的理论也许能表明，无论大撕裂有多大，宇宙膨胀的加速度不会永远保持不变。不过，就像另外的一些物理理论一样，我们现在还只能等待更多的证据。
大冻结
现在一些理论认为，暗能量是一种宇宙常数，一种在整个宇宙中均匀分布的能量。如果宇宙常数在宇宙中占据主导地位，那么宇宙就不会撕裂，而是一直加速膨胀下去。这听起来似乎很轻松，但这一过程会变得很可拍。如果宇宙在宇宙常数的驱动下一直保持匀加速膨胀，那么数万亿年后，我们在地球上将不能看到银河系以外的其他星系——它们发出的光根本达不到地球。熵也会不断增大——不到100万亿年后将不再有任何恒星形成，因为所有的燃料物质都会耗尽。黑洞会蒸发，物质最终会衰变为辐射。在此之后，宇宙将变得冰冷，黑暗，毫无生机，直到永远。这一黑暗的未来被称为“大冻结”。
暗能量是如此令人费解，科学家们花了近20年才对相关理论有了基本理解，这才着手设计实验来进行研究。大冻结是否会到来？目前的研究还不能回答这个问题。（当然，如果它注定发生，我们也无能为力。）目前正在建造的大型综合巡天望远镜也许将成为科学家们探寻暗能量的重要工具。这座望远镜将在2020年建造完成，它每晚能观测数十亿个星系，能极大地增强天体物理学家探索星系活动的能力。
通过研究重力对星系发出的光的影响和星系在空间中的位置与移动，科学家们得到的信息或许能解开有关暗能量的一些谜团：暗能量是由真空中的量子波动演变而来的吗？或许它只是我们目前所不知的一种引力？了解这些至关重要的细节，有助于我们判断大冻结——或者别的什么——是否会发生。
这不是终结
如果你问理论宇宙学家，宇宙将如何终结，那么他们可能会先反问你有多少选项。仅从现有的检测结果看来，很难说宇宙会怎样终结。我们确切知道的东西很少，因为在无限可能的宇宙中，任何事情都有可能发生。不过随着暗能量概念的提出，原先一些关于宇宙终结方式的理论看起来就不太可能了。
大坍缩
大坍缩是经典的宇宙终结理论，其理论核心是由宇宙膨胀论延伸而来的。如果宇宙膨胀不是持续的，那么在某个时间点，宇宙会因为物质间增加的引力而停止扩张，然后开始向内收缩。
而最终结果是整个宇宙缩成一个小小的奇点。甚至有人提出，大坍缩之后可能会发生大的反弹，即一次形成新宇宙的大爆炸。也许我们的宇宙就是在不断的大爆炸、大坍缩和反弹中无限更迭。
不过，暗能量的发现完全否定了大坍缩的可能，因为它表明宇宙将永远膨胀。 除非事实证明暗能量的性质可以剧烈变化，否则大坍缩似乎不太可能是宇宙结束的方式。
戴森假想
关于宇宙最终命运的一个重要问题涉及它的居民：生物的智力和意识能否克服不断增加的熵，避免“大冻结”的命运？
20世纪70年代，弗里曼·戴森是第一批使用现代宇宙学观点思考宇宙终点的物理学家之一。他提出，在遥远的未来，智慧生物可能会找出一种“欺骗”大冻结状态的方式。首先在末日到来之前，生物需要在宇宙中存储一定的能量；然后他们将用其中一半的能量来驱动他们的思想（高度进化的智慧生命的唯一存在形式）。这一半能源用完，生命将进入不消耗任何能源的休眠状态，而此时他们还有能量储备。宇宙将继续变冷，但在一段时间后，剩下的能源储备将开始释放，智慧生物所创造的某些技术能让他们再次开始思考。
他们最终将复活，并且不会记得那段空白的时间。他们在用完一小半储备能量之后，带着剩下的储备能量继续陷入休眠。如此无限循环，他们永远不会面临末日。虽然每一次循环中智慧生物清醒的时间越来越短，但是从另一方面来说，他们拥有永恒的生命。
戴森提出的永恒智能的概念不失为使文明永续的可能解决方案。但考虑到暗能量的影响，他设想的情节就不可能出现。在不断加速膨胀的宇宙中，现在紧密相连的部分最终都将分离，而储存其中的能量也就无法获取。由此看来，在宇宙膨胀到一定程度之后，智慧生物将无法存续。
伪真空
当然，暗物质也可能根本不存在。我们在考虑其他情形的时候总是假设我们所知的宇宙就是一切。但是如果我们的宇宙之外有其他宇宙的存在呢？如果我们的宇宙只是多元宇宙的一部分呢？这些其他宇宙能否影响我们自己的最终命运？
答案是肯定的。虽然我们生存的宇宙是基本均匀且各向同性的，但放眼广阔的多元宇宙（如果存在的话），它也不过是具有自身物理规律和准则的一小部分而已。如果是这样的话，我们的宇宙现在所处的状态就是伪真空。我们错误地假设我们正处于最稳定的状态，但事实上这个宇宙有可能突然变为另一个状态。这将导致相变，类似于水在沸点时从液体变为气体——只不过这次发生变化的是整个宇宙。
有科学家把多元宇宙比喻成一锅沸腾的水，而我们的宇宙只是其中一个气泡。每个“气泡”都有自身的性质和运行规则，而“气泡”之间可能发生碰撞——从我们的视角看就是我们的宇宙撞上了别的宇宙。
这听起来十分可怕。不同宇宙碰撞会瞬间改变一切事物的状态，从而终结我们生存的宇宙。其结果可能是两个宇宙的融合或者产生一些全新的东西。这种碰撞毫无预兆，而我们对此也无能为力。
而科学家们能做的，是找出过去是否有伪真空存在，这有助于我们推测这种碰撞是否会再次发生。这种史前的伪真空规模肯定小于我们现在的宇宙，而它可能保留着关于很久以前让人感兴趣的事件发生的痕迹。
一個研究团队试图预测这种痕迹究竟是怎样的。他们的主要目标是宇宙微波背景（CMB）——科学家可以检测到的最古老的光，它产生于宇宙140亿年前。研究人员希望也许能在CMB中观察到某个非均匀的部分，即使一个小小的光点也可能揭露很久以前伪真空存在。这样的光点如果能被观察到，那么它将成为多元宇宙理论的切实证据。
如果我们不能避免宇宙末日，至少我们要先了解它。
作者：何若雪
来源：《大自然探索》2017年第07期
