灭霸响指后，宇宙会以什么方式终结？

weisili134 · 发表于 2021-1-4 20:32

　科学家知道世界将如何结束。太阳将耗尽燃料，进入红巨星阶段。它最后的爆发将膨胀并吞噬最近的行星，留下地球成为一块烧焦且毫无生命的岩石。我们的星球还剩下大概50亿年的时间。

　　描绘着这幅严峻的画面，理论天体物理学家Katie Mack开始在书中探讨宇宙的终结——一个更加不确定的前景。宇宙学家一般都是往回看，因为他们能用望远镜发现的证据都是很遥远的，而且涉及的事件都发生在很久以前。利用遥远的恒星和星系运动预测未来，需要进行更多的推测。

　　在Mack的手中，这种推测构成了一个迷人的故事。人类，她写道，是“一个在意识到自身的终极渺小和有能力远远超越自身的世俗生活，进入虚空，解决宇宙最根本的奥秘之间泰然自处的物种”。她是复杂物理学的天才传播者，对天文学的热情和好奇心使她成为一个广受欢迎的演讲者和推特博主，而这些特点在本书里面体现得淋漓尽致。（另外也不乏一些呆板的笑话和一个不太引人注目的关于新物理学研究的结尾——与中心主题相距甚远。）

　　Mack从宇宙大爆炸（Big Bang）说起，随后是宇宙暴胀——一个快速膨胀的时期。接着，暗物质的结构形成了，恒星、行星、生命和星系的基本构成组合起来了。目前，被认为遍布宇宙的暗能量以某种方式抵消了引力的力量，不断推动宇宙膨胀。

　　宇宙的命运取决于这种膨胀是继续、加速还是逆转。

宇宙目前为止正在膨胀。来源：NASA/ESA

　　大挤压

　　长期以来，天体物理学家认为最有可能的结局是大爆炸的逆转——大挤压（Big Crunch）。在我们的宇宙近邻之外，每一个星系都在快速远离我们；这是一个明显的膨胀迹象。如果宇宙中拥有足够的物质，包括暗物质，那么万物的综合引力将逐渐阻止这种膨胀，最终导致坍塌。随着时间的推移，星系，然后是单个恒星，将更频繁地相互撞击，消灭附近星球上的任何生命。在最后时刻，当密度和温度在不断收缩的地狱般世界中飙升时，所有剩下的东西将在一个点上消失。

　　但暗能量或许意味着有另一种结局在等待着。宇宙演化的早期是由它所拥有的物质数量决定的；在过去的几十亿年里，暗能量开始占据主导地位，将宇宙向外推。目前来自欧洲航天局普朗克望远镜和其他来源的数据符合宇宙将永远持续膨胀下去的情况。

　　被称为热寂（Heat Death）或大冻结（Big Freeze），Mack写道，这场灾难将是“缓慢而痛苦的”。她解释说，用热力学术语来说，宇宙将接近最低温和最大熵的状态。随着万物之间的距离越来越远，死亡恒星的物质会分散开来，从而无法形成新的恒星，它们所属的星系也会逐渐停止生长。那就像是所有天体物理活动都“窒息”了，因为生长和繁殖的燃料变得如此分散，以至于无法使用。这是一个“以与日俱增的隔绝、不可阻挡的衰变和漫长的消逝于黑暗中为标志”的结局。

　　Mack讨论的第三种灭亡是大撕裂（Big Rip）。如果暗能量加速膨胀的速度甚至超过目前的预期，就会出现这种情况。随着宇宙的膨胀，最终引力将无法使星系团聚在一起。恒星将被彼此剥离，像我们这样的太阳系将没有力量保持在一起。剩下的恒星和行星会爆炸。最终，最后的原子将被撕裂。

　　最新的测算结果指向的结局是热寂，但大挤压或大撕裂都在其不确定范围内。

　　Mack所描述的最后一种末日情景是极不可能的：真空衰变（vacuum decay）。由于与希格斯玻色子相关的场的不稳定性，可能会形成一个微小的“真真空”（true vacuum）气泡。如果一个黑洞以错误的方式蒸发，就可能发生这种情况。这样的气泡会以光速膨胀，摧毁一切，直到宇宙也被抹去。真空衰变可能已经在某个遥远的地方开始了。我们看不到它的发生。

　　但也不用担心。正如Mack所言，无论末日是哪种形式，终结可能至少在2000亿年内都不会到来。

　　原文以Crunch， rip， freeze or decay — how will the Universe end？为标题发表在2020年8月10日的《自然》书评版块