在宇宙的终极命运问题上,有一个普遍的疑问盘旋在我们的头顶:宇宙最终会走向终结,但为何会这样,具体又会何时落幕?宇宙会永无止境地消亡吗?而我们如何得知这些信息?
我们首先需要认识到,我们的宇宙正在不断膨胀,而且这种膨胀正在加速进行。背后的推手是暗能量,这是一种颇不寻常的现象,科学界普遍认为它遍布于宇宙的每一个角落。早至1998年,科学家们可能还抱有这样的观点:宇宙的运作如同我们将一个球向上抛出,达到一定高度后它会回落。然而事实是,宇宙的膨胀正在加速进行,如同抛出的球越来越快地远离,而推动它加速的力量来自何方?我们对此一无所知,因此我们称之为暗能量。
爱因斯坦曾对这一问题深思熟虑,尽管后来他认为这个观点不太现实,但现在的天体物理学家却认为这并非不可能。这一切的推断都基于理论,我们对暗能量的本质知之甚少,不过现在有关暗能量的理论层出不穷,并由此衍生出了三种关于宇宙灭亡的可能理论。
首先是所谓的大撕裂理论。自从宇宙诞生之始,它就不断在膨胀。出于某种未知的原因,新的空间在宇宙各处均匀地产生,随着星系间距离的进一步拉大,它们彼此逐渐分离,当然,星系内部的空间也在扩大。此时,万有引力强大到足以维持星系的一体性。
在大撕裂理论中,随着膨胀速度不断提升,一旦越过一个临界点,引力就不足以再将星系维持在一起,导致大撕裂的发生。较大的结构如星系团会首先开始解体,因为它们的构成元素之间的空间扩张速度极快,随后,像黑洞、恒星、行星这样的大质量物体也将面临死亡,它们的引力不足以维持自身的一体性,终将解体。
最后,空间的膨胀速度甚至可能超过光速,连原子都会受到影响,原子间的键断裂。一旦空间的膨胀速度超过光速,宇宙中的粒子就无法再进行相互作用,宇宙将分解为无数孤立的粒子,在永恒的时空中孤独漂浮。
第二种理论是热寂或被称为冻死。与大撕裂理论的不同之处在于,热寂理论认为,天体会维持其完整性,但在漫长而有限的时间内,它们将被转化为辐射,而宇宙将继续永恒地膨胀。要理解这个理论,我们需要引入一个新的概念:熵。
熵,简单来说,是指一个系统的混乱程度,熵值越高,混乱度越高;反之,熵值越低,意味着更有序(混乱度低)。宇宙中的所有系统都有向最高熵值状态发展的趋势,即趋向于混乱无序。随着宇宙的不断膨胀,各个天体缓慢地消散,恒星经过几代的生成后,宇宙将到达一个临界点,此时所有可用于形成恒星的气体云都将耗尽,宇宙将陷入黑暗。
经过数万亿年的时间,剩余的恒星将耗尽生命,黑洞也会慢慢蒸发。由于霍金辐射的作用,这个过程结束之后,只剩下稀疏分布的质子和光子,随后这些粒子也会逐渐消失,宇宙达到熵的最大值,进入永远的静止状态,宇宙就此永远消亡。但在理论层面上,有可能在漫长的时间后,量子隧穿现象(一个神秘的物理现象)可能导致熵自发减少,引发新的宇宙大爆炸。
第三种理论是大塌缩和大反弹。如果宇宙中的暗能量少于我们的预估,或者它随着时间的推移而减少,引力最终将成为宇宙中的主导力量。在漫长的时间之后,宇宙的膨胀速度将会减慢并最终停止,然后发生反转,星系开始相互靠拢,宇宙体积不断缩小。一个更小的宇宙意味着一个更热的宇宙,整个宇宙将迅速升温。在大塌缩的十万年前,宇宙背景辐射的温度将超过大多数星球的表面温度,这意味着星球内部也在升温。
在大塌缩发生前几分钟,在超级黑洞吞噬一切之前,所有的原子核都将被撕裂,最终,所有的黑洞将合并为一个包含宇宙所有物质的超级黑洞,在大塌缩的瞬间,它将吞噬包括自身在内的一切。大反弹理论提出,这样的过程已经重复了很多次,宇宙会继续进入无尽的膨胀与压缩循环。这个无尽的循环与我们周围的事物以及我们自身的生命经历有太多的相似之处,就如同生死的轮回一样!