猜想加速膨脹的宇宙

王建紅

依靠大爆炸時(shí)的殘余力量，宇宙差不多已經(jīng)膨脹了140億年，直到今天，宇宙膨脹依然在繼續(xù)，我們不禁要問：它是否會(huì)一直這么膨脹下去？如果宇宙一直膨脹下去會(huì)發(fā)生什么事情？或者它是否終有一天會(huì)停止膨脹？宇宙的命運(yùn)會(huì)是什么樣子？宇宙將走向何處？

10年前，天文學(xué)家在利用“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡觀測遙遠(yuǎn)的超新星時(shí)發(fā)現(xiàn)，宇宙不僅在膨脹，而且在50億～60億光年之外，膨脹是加速的。那么是什么力量引起宇宙加速膨脹呢？今天，最好的答案也許是我們稱為“暗能量”的宇宙斥力。

雖然暗能量的發(fā)現(xiàn)震驚了科學(xué)界，但科學(xué)家對(duì)于暗能量的本質(zhì)并不清楚，只知這是一種起斥力作用的能量，而且就通過某種方式內(nèi)含于空間本身之中，就好比糕餅上糖霜的顏色含于糖霜之中一樣。科學(xué)家們認(rèn)為正是暗能量導(dǎo)致宇宙加速膨脹。

很多天文學(xué)家相信，假如往后不會(huì)出現(xiàn)別的因素阻止宇宙加速膨脹的話，宇宙將不得不面對(duì)黯淡的未來，美國天文學(xué)家施滕·奧登瓦爾德為大家描繪了加速膨脹的宇宙可能會(huì)經(jīng)歷的幾個(gè)畫面。

恒星時(shí)期

從第一批恒星誕生（100多億年前）開始一直到現(xiàn)在，這段時(shí)期叫做恒星時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，恒星不斷地從大爆炸后形成的氫、氦氣體中形成，在一批恒星死亡后，新的恒星又從它的殘骸中誕生，“鳳凰涅磐，死而新生”。

恒星時(shí)期是宇宙最輝煌的時(shí)期，作為太陽系中的“公民”，我們來看看太陽系在這一時(shí)期內(nèi)發(fā)生的變化：擁有漂亮光環(huán)的土星可算是太陽系中最美麗的一顆行星了，可是1億年之后土星的光環(huán)將會(huì)消失。而地球，6億年之后的溫度將升高到約80℃，更為可怕的是，10億年之后地球?qū)⑹ズＱ螅⒒貜?fù)到它以前的無生命狀態(tài)。20億年之后，地球的溫度將達(dá)到130℃，同時(shí)月球也不再對(duì)穩(wěn)定地球自轉(zhuǎn)軸起作用，混亂的局面將會(huì)出現(xiàn)。由于太陽系內(nèi)引力平衡的變化，35億年后地球與金星會(huì)成為雙行星；48億年之后由于太陽的變化，地球的溫度將升高至1330℃！這時(shí)的太陽也將走完它的壯年時(shí)期，開始變?yōu)橐活w紅巨星，體積劇烈膨脹的太陽將會(huì)吞沒掉金星和地球——這將發(fā)生在太陽變?yōu)榧t巨星后的26.8億年。

在太陽系變化的同時(shí)，我們的銀河系也將發(fā)生巨大的變化。現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)觀測到銀河系與仙女座星系正在相互靠近，天文學(xué)家們計(jì)算出這兩大星系最終會(huì)發(fā)生碰撞，合并成一個(gè)更大的星系，這將在30億年之后發(fā)生。恒星時(shí)期是宇宙的光明時(shí)期，恒星照亮了宇宙，也使宇宙中充滿了生機(jī)。

簡并時(shí)期

正常恒星是依靠熱核反應(yīng)發(fā)光的，顯然，一旦宇宙中的氫元素被消耗光了就不可能再誕生新的恒星。事實(shí)上，恒星的形成還要求氫分子云必須達(dá)到一定的密度和壓強(qiáng)，因此，遠(yuǎn)在宇宙中的氫元素被消耗完之前很久，新的恒星就已經(jīng)停止形成了，這意味著恒星時(shí)期即將結(jié)束。此后，充斥宇宙的將是白矮星、中子星、黑洞等恒星殘骸和一部分褐矮星。白矮星、中子星都是由超密態(tài)物質(zhì)組成，物理學(xué)家稱那樣的超密態(tài)為簡并態(tài)，因此，這個(gè)在恒星結(jié)束以后到來的新時(shí)期就稱為簡并時(shí)期。

大約在1014年后，宇宙進(jìn)入到簡并時(shí)期，持續(xù)的時(shí)間也比恒星時(shí)期長得多。實(shí)際上，1000億年之后，宇宙就將成為一個(gè)黑暗而又靜寂的場所，可是這時(shí)的宇宙可能仍然適宜生命存在。到了大約1018年時(shí)，星系開始土崩瓦解，雖然發(fā)光的恒星已全部滅亡，但也不排除會(huì)出現(xiàn)兩顆白矮星碰撞，重新啟動(dòng)核反應(yīng)，給宇宙帶來短暫的光明。這可能是簡并時(shí)期宇宙中最輝煌的事了，可是這之后的宇宙將會(huì)變得越來越黯淡。

黑洞時(shí)期

對(duì)于宇宙來說，更致命的是在簡并時(shí)期快結(jié)束的時(shí)候，大約也就是在1034年之后，所有以碳為基礎(chǔ)的生命形式一概滅絕。而這時(shí)的黑洞，這個(gè)當(dāng)簡并時(shí)期結(jié)束后宇宙中僅剩的最后天體，靠著強(qiáng)大的引力吞噬掉它沿途所遇到的一切物質(zhì)。在1035～1040年間，質(zhì)子和中子可能會(huì)發(fā)生衰變；而黑洞，這個(gè)宇宙中的“魔王”最終也逃脫不了死亡的命運(yùn)——大約在1065年后，恒星級(jí)黑洞蒸發(fā)。質(zhì)量越大，蒸發(fā)越慢，一個(gè)與銀河系質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮诙赐耆舭l(fā)需要10100年。

黑暗時(shí)期

等所有的黑洞都蒸發(fā)完之后，宇宙就進(jìn)入最后的一個(gè)時(shí)期——黑暗時(shí)期，不再有任何天體，除了能量之外只剩下了一些光子、中微子、電子和正電子在空間久久地自由穿梭，偶爾，電子與正電子會(huì)相遇而湮滅，變成光子，使黑暗的宇宙中出現(xiàn)一線微弱的閃光。

宇宙經(jīng)歷到黑暗時(shí)期之時(shí)也仍然擺脫不了繼續(xù)加速膨脹的命運(yùn)。在一個(gè)以暗能量為主導(dǎo)的宇宙之中，是沒有什么力量能阻止宇宙的加速膨脹的。

在遙不可及的未來，宇宙可能會(huì)繼續(xù)膨脹下去而真正地“四大皆空”。這是宇宙的末日，還是宇宙的永生？