宇宙： 四種滅亡方式任你選

陳塘坳

研究認為我們的星球難免會遭到厄運——約60億年之后，太陽內部的氫元素將會全部消耗殆盡，太陽光會因此消失，屆時地球生命將因而失去能量來源而滅絕。那時的太陽會膨脹變大，將會經歷紅巨星、白矮星、黑矮星而滅亡。然而地球只是太陽系中的一顆行星，太陽只是銀河系中上千億個恒星中的一顆，就算是浩瀚如銀河系，也只是在可觀測的宇宙中數千億個星系之一。那么，這整個廣闊的宇宙，將會以何種方式結束如今的存在？本文介紹了宇宙滅亡的四種可能的方式。

大凍結

是什么使得我們這個世界能夠合理地運轉？答案是能量！你的車能開動是因為汽車消耗了能量;你的筆記本能運行是因為有電能，而這個電能是由燃料燃燒產生的熱能轉化來的;包括人在內的所有地球生物之所以能維持生命，得益于太陽的能量。如果有一天，宇宙的能量全消耗完了，你能想象會是什么樣子嗎？毫無疑問，那時宇宙就會像死了一樣寂靜，科學家們稱之為“熱寂”。也有人也稱為“大凍結”，意為萬物的活動被凍結。眾多科學家猜測我們的宇宙將以大凍結的方式結束。

那么，為什么會發生這個情況呢？這是由熱力學第二定律得出的。

熱力學第二定律是熱力學基本定律之一，它揭示了這么一條原理：在自然過程中，一個孤立系統的總混亂度（即“熵”）不會減小。也就是說，我們整個宇宙在朝著熵增大的方向在前進，終有一天宇宙的熵會達到最大值，而后將不再改變。當宇宙的熵達到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經全部轉化為熱能，所有物質都因達到熱平衡而處于相同的溫度下。到時，由于燃料耗盡，所有的恒星都不再發光，宇宙的熱活動終止，整個宇宙陷入一片陰冷無生機的大黑暗當中。

在19世紀初期熱力學發展以后，熱寂是宇宙滅亡的唯一選項。但進入20世紀以后，隨著科技的進步和天文物理學的發展，人們對于宇宙的了解更加深入，更多宇宙滅亡的可能性被提出來。如今關于宇宙如何滅亡的猜測已經超過了10種。

大坍縮

對相對論和量子力學兩大領域都作出杰出貢獻、被譽為20世紀最偉大的物理學家的愛因斯坦居然也曾公開承認錯誤，并且將這個錯誤稱為“一生中最大的錯誤”。

大坍縮

這是怎么回事呢？原來，愛因斯坦一開始就相信宇宙是靜態的，不會膨脹也不會縮小。但是這與他自己創造的引力場方程相矛盾——從引力場方程可以推斷出宇宙是變化的。為了支持宇宙是靜態不變的觀點，愛因斯坦往引力場方程里加入了一個常數，稱之為“宇宙學常數”。然而在1929年，美國科學家哈勃發現星系紅移的哈勃定律，證明宇宙在不斷的膨脹，徹底否定了愛因斯坦的“靜態宇宙模型”。聽到哈勃的發現后，雖然當時愛因斯坦已經“名震天下”，但他仍十分大度地公開承認往引力場方程引入宇宙學常數是個錯誤的行為。

哈勃定律奠定了膨脹宇宙模型的基礎，膨脹宇宙模型目前仍被廣大科學家所接受。一個自然而然的問題隨之出現，宇宙會一直膨脹到什么程度？最終的結果會是怎么樣的？如果宇宙永無休止膨脹的話，熱寂依然是宇宙的結束方式。

但以霍金為代表的科學家認為：當宇宙膨脹到一定程度以后，膨脹停止。然后隨著引力的作用，宇宙將開始收縮，向內塌陷，直到它坍塌回為超級熱、超稠密的奇點。

這是因為宇宙初始的大爆炸產生了非常強大的沖力，促使宇宙向外膨脹。但如果宇宙的密度足夠大，就會迫使這種膨脹的趨勢減弱，速度減慢。而當膨脹到一定程度以后，宇宙就會由于引力的作用開始收縮。暗物質的發現給了我們無限遐想，這種無處不在但卻看不見的物質也許大量充斥空間，能產生強大的引力幫我們把這個世界拉回來。

但“大坍縮”理論在世紀之交時遭到了“悶頭一棍”—— 1998年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室天體物理學家索爾·珀爾馬特通過觀測Ia型超新星發現：宇宙在加速膨脹！如此看來，宇宙的引力并沒有像我們所想象的那樣起作用，似乎“大凍結”比“變回奇點”的可能性要大得多。

大變化

大變化

想象這樣一個場景？一個人手里握著一粒神奇的“冰晶”，他把“冰晶”往海里一扔，全世界的海瞬間結冰了。

這是什么冰晶如此厲害？這就是冰9。

實際上，一杯水想要結冰，首先就要先形成冰晶，而冰晶的產生不僅僅要求溫度低于水的熔點，還要求水中最好要有雜質——雜質有助于冰晶的形成。而一旦有一粒冰晶存在，整杯水就會像觸發機關一樣的快速凝結成冰。所以，一杯100%純凈的水，即使水過冷（溫度低于熔點），它還不會結冰。但你只要往水里扔一粒冰晶，水瞬間就會全部結冰。物質傾向于向更加穩定的狀態轉化——假設有一個球被放在一個小坡的坡頂，坡頂的球不穩定，容易滾到低處。這時只要有人推一下球，球就會滾到相對穩定的坡底。類似的，低溫下的水結冰就像是坡頂的球滾下坡底，而冰晶就是推動球滾動的外力。

冰9其實是科特·馮內古特的小說《貓的搖籃》中出現的一種虛構材料。冰9的熔點為45.8℃。當冰九與溫度低于45.8°C的液態水接觸時，它會充當晶種，并導致水凝固，形成更多的低能量的冰9。這個事情看起來很荒謬，卻給我們一個深深的啟發：宇宙會不會就像一杯過冷的水，它將一直平穩運行，直到一個帶來滅頂之災的“冰晶”出現，這將導致宇宙的狀態迅速向“冰”轉化。

科學家們認為這個“冰晶”就是真空氣泡。真空氣泡里面并非沒有物質，因為根據量子力學的原理，真空內也存在粒子，但它們是瞬間產生和衰變的。真空氣泡以宇宙最低能量的狀態存在，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。被它籠罩住的區域內，不僅生物無法存活，所有的物質甚至都會被打得粉碎，變成看不見的微觀粒子。

大撕裂

2003年，美國新罕布什爾達特茅斯大學的物理學家羅伯特·卡德威爾提出了“大撕裂”假說。卡德威爾認為：550億年后，宇宙膨脹到一定的程度，宇宙里所有的物質都會被撕裂，甚至連原子都不能幸免。小如原子都可能被撕裂，這個結局無疑是十分慘烈的，著實令人恐懼！

一般來說，宇宙的物質（包含普通物質和暗物質）產生的引力使宇宙有收縮的趨勢，但一直以來宇宙的膨脹并沒有一絲減慢的跡象，甚至還在加速進行。很明顯，物質的引力作用敗給了一種促使宇宙膨脹的神秘力量，科學家們將這個未知的幕后“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粉碎。

大撕裂

為什么暗能量將會撕裂宇宙呢？因為暗能量能提供一種未知的斥力，該斥力使得能使物質相互排斥。當暗能量的數量達到一定值時，它產生的斥力變得非常強，遠遠大于現在已知的四種基本力——萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力，足以撕開所有堅固的星系。任何物質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恒定值，這意味著暗能量的數量會隨著宇宙的膨脹而變大。可以想象，宇宙膨脹幾百億年后，各個星球已經相距得非常遠。當你身處其中一個星球時，你基本可以認為其他星球不存在。但這還不是最差的結果，因為你身處的這顆星球也即將消失——彼時的暗能量變得相當大，所有的物質就會被碎裂成微小的粒子，整個宇宙將成為一片看不到的廢墟。

毫無疑問，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。但就算宇宙終將走向滅亡，那也是幾百億年后的事情，留給人類的時間還很充足。所以我們現在擔心宇宙滅絕，未免有點杞人憂天。人類也并非不能挺過宇宙大劫難，因為根據平行宇宙理論，這個世界可以允許多個宇宙并行——我們可以創造出一個宇宙，然后跳進去，即使外部的宇宙發生巨大變化，人類可以在自己創造的宇宙里面安全度過危機。