宇宙不仅有未来,还有终点。而且通往终点的路不止一条,热寂、大撕裂、大坍缩、真空衰变……科学家推演了十几种宇宙结局,每一种都震撼到让人头皮发麻。
我们目前还不知道哪一种会真正发生,但按照现有观测数据,其中一种已经成为了主流答案。
最被广泛接受的结局叫热寂,也是最不需要新物理假设的一种。简单说就是,如果一切正常发展,不出什么意外,宇宙最终会走向热寂。
现在的宇宙正在加速膨胀,驱动它的是我们还没搞清楚的暗能量。
星系之间越离越远,时间足够长的话,本星系群之外的所有星系都会滑过宇宙视界,永远无法观测到。夜空会慢慢变空,不是因为星星死了,而是它们都远得看不见了。
接下来的剧情节奏很慢。大约1000亿年后,银河系和仙女座星系合并成一个更大的星系,其他星系全都远遁。恒星形成逐渐放缓,明亮的大质量恒星最先熄灭,然后是能烧几万亿年的红矮星。
到10的14到15次方年时,最后一颗常规恒星也烧完了。宇宙进入简并时代,发光的不再是核聚变,而是恒星的残骸:白矮星、中子星、黑洞,还有偶尔碰撞产生的微弱闪光。
但就连这些残骸也撑不到永远。白矮星慢慢冷却成黑矮星,中子星也逐渐降温,最后只剩下黑洞还在活动。稳定的轨道也不存在了,要么被扰动甩出星系,要么慢慢合并。
就算最稳定的轨道,也会因为引力辐射在千万亿年的尺度上逐渐衰减。整个宇宙越来越暗,黑洞成了绝对主角。
然后连黑洞也开始消失。霍金辐射告诉我们,黑洞不是永恒的,它们会以极其缓慢的速度泄漏能量、不断缩小。
一颗恒星级黑洞要10的67次方年才能蒸发完,星系中心的超大质量黑洞能撑到10的100次方年。
但再久也有个头,最后一个黑洞蒸发殆尽时,会释放出最后一道辐射,然后宇宙就几乎完全均匀了,只剩下稀薄的光子和基本粒子,温度无限接近绝对零度,熵达到最大值。
这就是热寂,不是热死的,是冷到极致、均匀到极致的死亡。
如果热寂是慢慢熄灭,那大撕裂就是暴力撕碎。在这个模型里,暗能量不是恒定的,而是越来越强。
膨胀加速到一定程度,星系团先被撕开,然后星系本身解体,恒星系统散架,行星被扯碎,最后连分子、原子、原子核都被空间膨胀撕碎。
时间本身在奇点处终结,一切都在无限拉伸中消失。比大撕裂温和一点的版本叫小撕裂,撕裂速度慢一些,结局差不多,只是过程没那么突然。
还有一种完全相反的可能:大坍缩。如果引力最后赢了暗能量,宇宙膨胀会减速、停止,然后反向收缩。
曾经远离的星系重新靠近,夜空越来越亮,宇宙背景辐射被压缩升温,温度越来越高,密度越来越大,最后所有物质坍缩回一个高温致密的状态,就像大爆炸倒放。
更复杂的模型里坍缩可能不是均匀的,不同方向收缩速度不同,空间被拉来扯去,产生剧烈的引力波,结构在终点到来前就被撕碎。
坍缩之后呢?有人提出了大反弹理论,认为宇宙不会一直缩到奇点,而是在某个高密度点被新的物理效应弹回来,开启新一轮膨胀。这样的话,宇宙可能是无限循环的,一次次爆炸、膨胀、收缩、反弹。
但这个理论有个绕不开的问题:熵。每一轮循环熵都在增加,怎么保证每次开始都是低熵状态?热力学定律可不是那么好糊弄的。
比这些更诡异的是真空衰变。我们现在的宇宙可能处于伪真空状态,看着稳定,其实不是能量最低的状态。
如果某个地方随机隧穿到了真正的基态,一个真空气泡就会形成,然后以接近光速向外扩张。气泡内部物理法则完全不同,基本常数变了,物质可能都不稳定。
没有任何预警,因为它扩张的速度和光速一样,到达你的瞬间就是毁灭的瞬间。不是爆炸,不是坍缩,是整套物理规则被直接替换。
还有更多奇奇怪怪的结局:大断裂,数学上时间线突然断掉,之后没有任何有意义的描述;质子衰变,所有物质慢慢解体;维度脱落,高维空间逐渐展开;
玻尔兹曼大脑,无限时间里随机涨落出有意识的实体;庞加莱回归,经过难以想象的漫长时间,所有粒子回到现在的位置,一切重来一遍。
目前来看,热寂的概率最大,因为它需要的假设最少,也最符合现有观测。但宇宙的真正结局,我们这代人甚至人类文明可能都永远等不到答案。
不过想想也挺奇妙的,在宇宙138亿年的历史里,我们刚好活在恒星璀璨的时代,能看到满天繁星,能思考宇宙的终点。这本身,可能就是宇宙给我们最好的礼物。