宇宙的最终命运到底是怎样的？

《大爆炸：宇宙通史》，[英]帕特里克·摩尔 [英]布莱恩·梅 [英]克里斯·林托特 著，鞠强 译，化学工业出版社2023年2月

宇宙的最终命运是什么？现在还很难在一系列可能性中做出选择，但是这个答案一定取决于终极对战中仅有的两位玩家——引力以及驱动宇宙加速的力（称作宇宙学常数）的相对实力。

让我们先来考察引力胜出的情况。膨胀会停止，然后局势扭转。与在红移光谱中观察到星系远离我们的情况相反，当它们向我们靠近的时候，我们将看到蓝移。宇宙的温度会升高，星系团之间的碰撞将会变得越来越常见。天空会变得明亮，最终整个宇宙会在“大挤压”中结束，有点像反过来的大爆炸。

宇宙的墓地。大爆炸后187亿年以后，巨大的黑洞将会同恒星和行星的遗迹共享一个极大膨胀的宇宙。（《大爆炸：宇宙通史》内页插图）

接着会发生什么？也许宇宙会反弹，这样我们的宇宙的大挤压会成为下一个宇宙的大爆炸，如此这般，无穷无尽。这样的宇宙循环使得我们可以免于假设一个时间开始的创生时刻，这个想法令人感到欣慰。

不幸的是，目前的证据显示，大挤压几乎不可能发生。宇宙中的物质太少了（即使包括暗物质），没办法逆转膨胀。引力不够强。而宇宙学常数的存在只会使事情更糟，宇宙似乎将以一个不断增加的速率永远膨胀下去。由于接下来会发生什么取决于宇宙学常数的强度，现在是时候来看看它是否真的是一个常数了。

到目前为止，我们还没有证据能用于下定论。目前，我们知道的一切都和它是常数相吻合，所以让我们假设是这样的，然后再看看会发生什么。

永远膨胀：宇宙先是逐渐变暗，然后加速坠入黑暗

在我们的太阳冷却并且死亡很久以后，随着星系团之间的距离不断增加，恒星仍然闪耀。人们认为在这些星系团中，其成员之间的距离相对较短，所以引力仍然起着主导作用，可以把它们约束在一起。但是，在星系群之间的巨大距离上，宇宙斥力会带来不断增大的裂痕。星系看起来都会变得更加暗淡，即便在星系团内部也会有所变化。随着时间的流逝，明亮的恒星会爆炸，留下微弱的遗迹，黑洞数量不断增加。随着可以用来形成新恒星的物质越来越少，宇宙先是逐渐变暗，然后加速坠入黑暗。

M87星系是室女座星系团中最重要的成员，距离我们6000万光年。它有14000个球状星团以及壮观的喷流，喷流从中心向外延伸超过8000光年。它强烈的辐射遍及从X射线到无线电波的所有波段，驱动这些的是一个超大质量黑洞。（《大爆炸：宇宙通史》内页插图）

从现在开始大约十万亿年后，恒星将停止辐射，核燃料也将所剩无几。引力效应继续起作用，很多黑矮星会近距离相遇。一颗围绕星系中心运行的恒星将以辐射引力波的形式失去能量，并且慢慢向星系中心靠近。它会加入其他恒星的队伍，最终导致超大质量黑洞的形成。

同样的基本原理可能适用于曾经是超星系团的成员，比如今天的本星系团和室女座星系团，所有的物质都集聚在中心。大约一万亿亿年以后（这是目前宇宙年龄的100亿倍），情景会变得非常凄凉：死亡的恒星、行星的幽灵、巨大的黑洞以及四散的基本粒子和光子。整个空间会增大到超出我们想象的尺度。黑洞之间的距离是目前可观测宇宙大小的100倍以上。每一处的生命都灭绝了。宇宙尚未灭亡，但是游戏已接近尾声。

没有什么是永恒的

甚至黑洞可能都不是永恒的。我们前面提到过，任何空间中的真空都被认为充满了虚粒子，它们的寿命太短，通常不能转化为普通物质。这些粒子成对出现，除了携带相反的电荷外，其他性质完全相同。它们会迅速相互湮灭。但是，假设一个粒子和它的反粒子恰好出现在黑洞视界的外部（记住视界是不可逃离的区域边界），在这对粒子像通常那样相互湮灭之前，其中的一个可能被吸进视界，而另一个朝相反的方向弹射。对一个黑洞外的观察者来说，这和黑洞从视界内发射出一个粒子是等价的，所以，实际上黑洞质量减少的量和发射出的粒子的质量是相同的。视界的半径同样在收缩。这个过程会一次又一次地发生。伴随着霍金辐射的发射，黑洞变得越来越小，最终它将在一次辐射爆发中蒸发。

接下来是终点：质子衰变。质子被认为是由夸克构成的，但它最终可能分裂成更轻的粒子和辐射。它可能首先衰变为一个正电子（反电子）和一个叫介子的粒子。介子不稳定，会迅速衰变成光子。质子的平均寿命据估计至少会达到10的31次方年这个数量级，因此，到现在为止还没有发现质子衰变的实例就一点都不令人惊讶了——宇宙的年龄只有10的10次方年而已。但是如果这个图景是正确的，那在10的33次方年后，宇宙将完全变成一片光子和基本粒子的海洋。空间的膨胀将会导致难以置信的稀释。据估计，在10的66次方年之后，普通电子之间的平均距离将超过我们今天可观测宇宙半径的10万倍。1古戈尔（10的100次方）年过去了。也许在10的116次方年之后，剩下的粒子也会衰变成辐射。宇宙不断地变得更暗也更冷，什么也都不会再发生。

记住这个描述是基于“加速力保持强度不变”这个假设的。但如果不是呢？如果它变弱或者它完全停止起作用，我们仍然会到达这种刚刚描述过的凄凉、孤独的未来，虽然过程变慢但是不可避免。如果宇宙学常数强度增加，那么将有一个更惨烈的结局在等待着我们。

一个黑洞的死亡。这是一张黑洞通过发射霍金辐射而收缩的可视化图像。人们认为最终所有的黑洞都会以辐射的爆发来结束自己的生命。当它收缩的时候，它发出的辐射将逐渐移向光谱的蓝端。（《大爆炸：宇宙通史》内页插图）

宇宙继续膨胀，最终组成恒星的物质也会被撕裂

刚开始不会有明显的不同。事情会发展得更快一些，但是我们很快就只剩下了孤立的星系团，到此时它还一直被引力束缚在一起。当物体靠得近的时候，也就是在小尺度上，引力是最强的，而加速力却随着距离增大而强度增加。但是，宇宙学常数不断增加的强度将最终在越来越小的尺度上起支配作用。首先，星系团会被撕裂，在可观测宇宙的中心留下一个孤立的星系。在这个阶段，宇宙中的结构只能持续不到10亿年。在结局到来之前的6000万年里，孤立的星系会被撕开，恒星或者只是残存的遗迹会飞向各个方向。现在，宇宙比想象的更空旷，物质也比想象的更孤立。但是宇宙还有大戏将要上演，这就是我们所说的大撕裂。

宇宙继续膨胀，而且越来越快，最终组成恒星的物质也会被撕裂。任何仍然幸存的行星也会在结束到来之前30分钟被摧毁。我们只剩下一片原子的海洋。甚至这也不是终点，膨胀似乎会继续让原子加速并被撕裂，留下的只有辐射。即便是把原子核束缚在一起的力，也不再能够抵抗斥力。宇宙变成了一片辐射和粒子的海洋，就像是在大爆炸刚发生之后一样，只不过密度近乎无穷小。这是一门严肃的科学，可是人们必然会有一种本能的、相当怪异的感觉，觉得哪里出了问题。宇宙以这些方式中的任何一种形式结束似乎都是无意义的，很可能我们忽略了什么关键因素。

如果最后没有更多的事件发生，那么我们就没有东西去测量，我们也可以说时间结束了。如果时间结束了，我们就不能推测在那之后会发生什么，因为将不会有“之后”。很难相信这样极其复杂和有序的宇宙将在平淡无奇的混沌中结束。科学不能让我们走得更远，除非我们智慧的力量发展得足够强大，让我们获得全新的洞见，否则我们无能为力。

如果平行宇宙存在的话，它们也会面临灭亡吗？

至少我们知道我们的地球以及在地球上繁衍的生命只有有限的未来。宇宙虽然有一个更遥远的未来，但是如果现代理论正确的话，这个未来并不是无止境的。因此，这是否意味着，总有一天，所有的智慧都将宣告结束？我们对宇宙了解很多，还有“平行宇宙”的概念，平行宇宙和我们共存，但是在不同的维度上，彼此间不可能发生接触。这样的宇宙可能在每一个方面都与我们的不一样——不同的构成、不同的起源和不同的时间尺度。如果平行宇宙存在的话，它们也会面临灭亡吗？

大撕裂。即使是把原子核束缚在一起的力也不再能够抵抗斥力。宇宙变成一片辐射和基本粒子的海洋，很像大爆炸刚刚发生之后的样子，但是密度近乎无穷小。（《大爆炸：宇宙通史》内页插图）

假设它们存在，关于这一点我们没有丝毫的证据，平行宇宙也许在我们的宇宙灭亡或者消失之后还能持续很久，并且如果它们支持智慧生命，那么最终完全死寂的图景可能不再有效。问题是，目前似乎没有发现平行宇宙的办法。如果我们真的到了一个完全静止的最终状态，那么可以说，“我们的宇宙或很多个宇宙的整个实践”都是徒劳的，这是许多人难以接受的。

我们已经尽力以天文学家目前理解的方式去追踪宇宙的历史。我们从大爆炸开始，追踪了暴胀期、透明化、第一代恒星、星系、行星和生命各个历程，并展望了数十亿年后真正暗淡和遥远的未来。就在我们创作本书的时候，这个故事仍然是所有故事中最令人信服的一个。但是，在100年之后甚至10年后，它还是准确的吗？好吧，我们也不知道！

本文选自《大爆炸：宇宙通史》，部分小标题为编者所加，非原文所有。文中所用插图均来自该书。已获得出版社授权刊发。

原文作者/[英]帕特里克·摩尔 [英]布莱恩·梅 [英]克里斯·林托特

摘编/安也

编辑/张进

导语校对/卢茜