宇宙会不会有末日？

音乐才子

选自《给孩子讲宇宙》

宇宙会不会有末日？在绝大部分的人类历史上，这个问题都只能是宗教或哲学问题；但在经历了过去一百年科学的飞速发展之后，现在它已经变成了一个真正意义上的科学问题。恐怕你们很难想象，这个问题的答案竟然是：“确实存在会遇到宇宙末日的可能性！”很恐怖，对吧？但它的的确确是真的。

爱因斯坦提出广义相对论后，马上就用它来研究整个宇宙。结果不研究不要紧，一研究就出了巨大的问题。我们都知道，由于地球的万有引力，各种抛到天上去的物体最终都会落回地面。要想使这些物体不落回来，无外乎有两种办法：第一，让物体以很高的速度往外跑，比如人造卫星；第二，让物体受到与地球引力方向相反的力，比如热气球。现在，把这个观察推广到整个宇宙。爱因斯坦发现，由于引力的作用，整个宇宙最终都会塌缩成一团。要真是这样的话，地球肯定会被挤扁。类似地，要想阻止宇宙的塌缩，也只有两个办法：（1）让整个宇宙都以很大的速度向外膨胀；（2）让宇宙中存在一种能产生斥力的物质，从而与引力相抗衡。

因此，爱因斯坦修改了自己的广义相对论，在其中加了一个宇宙常数项。这一项的作用是产生斥力，而且这个斥力的大小完全取决于宇宙常数的大小。通过调节宇宙常数的值，可以使它产生的斥力恰好等于宇宙中所有物质产生的引力，从而使整个宇宙保持静止。但到了 20 世纪 30 年代初，美国天文学家哈勃利用造父变星的标准烛光发现整个宇宙其实在膨胀。1998 年，两个美国的研究小组又有新发现：我们的宇宙不但在膨胀，而且还是在加速膨胀。也就是说，在宇宙中存在着一种非常神秘的物质，叫暗能量；它的作用，就是为宇宙当前的加速膨胀提供斥力。

暗能量

可能有人要问了：“暗能量到底是什么东西呀？”实话告诉你们，现在这世界上还没有任何一个人能够准确无误地回答这个问题。暗能量具有以下三个主要性质：（1）暗能量是“暗”的，它不会发光，也不会反射光，所以我们永远都无法看见它。（2）与常规的物质不同，暗能量产生的不是引力，而是斥力。（3）一般认为，暗能量来自真空，所以它无处不在，而且均匀地弥散在整个宇宙中。

换句话说，暗能量其实离我们并不遥远，它就藏在我们每一个人的体内和身边。那为什么我们在日常生活中完全感受不到暗能量的存在呢？因为它的密度实在是太小了。然而，尽管暗能量的密度特别小，但宇宙的任何一个地方都会有它。所以暗能量就积少成多，成了宇宙中一支非常强大的势力。最新的天文观测表明，暗能量占宇宙总物质的比例达到将近 70%。换言之，暗能量才是宇宙中的主导力量，而它的性质将决定宇宙最终的命运。

1999 年，美国物理学家罗伯特·考德威尔提出了一个全新的暗能量模型。他指出：暗能量的密度有可能会随着时间的推移而不断变大！

我来给大家解释一下这到底意味着什么。众所周知，我们所熟悉的世界，它的稳定是靠引力维系的。举例来说，我们之所以不会飘向太空，是因为地球的引力拉住了我们；地球之所以不会飘向太空，是因为太阳的引力拉住了地球；太阳之所以不会飘向太空，是因为银河系中心黑洞的引力拉住了太阳。如果没有万有引力，一切都会土崩瓦解。引力有一个特点，就是它非常稳定，不会因为时间而改变。换句话说，无论经过多长时间，维系地球、太阳系和银河系的引力都不会变大或变小。

我们前面说过，宇宙中每一个角落都存在暗能量，而且它会产生斥力。由于暗能量的密度特别小，导致它产生的斥力也特别小，所以我们在日常生活中根本就感受不到它的存在。但如果考德威尔的理论是对的，那麻烦可就大了。幻影暗能量的密度会随着时间的推移而不断地变大，从而导致由它产生的斥力也不断变大；与之相对，维系世界稳定的引力却永远保持不变。所以总有一天，斥力将会超过引力，从而破坏原本由引力维系的这个世界的稳定。换句话说，到时候宇宙中所有的结构，无论是银河系、太阳系、地球还是我们本身，都会从内部被幻影暗能量撕碎。这个恐怖的末日景象就是“宇宙大撕裂”。

“宇宙大撕裂”会发生吗？ 2012 年，本书作者与其他三位同事合作，用当时最新的天文观测数据研究了宇宙最终的命运，后来发表的文章得到了几十家中外媒体的报道。我们的研究表明，目前的天文观测确实无法排除发生“宇宙大撕裂”的可能。在最坏的情况下，宇宙甚至有可能在 167 亿年后就遭遇毁灭。

当然大家也不用担心，宇宙的最终命运将取决于暗能量的性质。而对暗能量的探索，无疑将成为21 世纪最重要的科学任务之一。


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