宇宙毁灭的五个猜想及其理论推论

宇宙最终会以什么方式走向毁灭？又是否会在毁灭后迎来新生？以“宇宙的结局”为线索，作者提出宇宙毁灭的5种可能的假设和理论依据的同时，穿插大量的天体物理学基础知识和丰富的科学猜想。勾起我读过的科幻小说桥段的回忆，这让这些晦涩的知识显得陌生而又熟悉，却格外生动了起来，作者一边写一边批注吐槽自己和物理学也好搞笑。比起思考明天的午餐是什么，思考宇宙最终的命运同样重要。

1.大坍缩

我们知道，宇宙是在不断膨胀的过程中的。回归到膨胀的根源，宇宙大爆炸时巨大的推动力使得宇宙中的一切物体都处于缓慢的膨胀中，但星系与星系之间的引力与最初的推动力之间的抗衡或许终有一日会成功，如果我们有一天观察到宇宙的膨胀速度不断变慢，这或许就是一个走向大坍缩的末日预告。

但是，要对两种力的对抗进行预言，就无法忽视宇宙中有绝大多数无法观测的“暗物质”的存在，同时我们也无法得知由膨胀走向坍缩的“临界密度”究竟在那里。不过最终，通过一种对宇宙爆炸和膨胀的实际测量，科学家们发现坍缩将不会发生，我们处于永恒的膨胀之中。

2.热寂

热力学第二定律说，总熵只能增加不能减少。一切事物都是朝向混乱发展的，宇宙也不例外。“热寂”就是基于这种理论，推测宇宙在熵增的过程中走向“最大熵”，甚至黑洞也在不断失去质量，最终停止于最大熵不再变化，时间消失，剩下只有无序和死寂（即“德西特状态”）。但幸运的是，如果一切都是无序的，那在无序中可能会随机产生一种有序，就像把猴子放在打字机前，只要时间足够长，它就可以打出一本莎士比亚全集。如果时间足够长，新的宇宙可能在无序中随机波动重生（即“庞加莱回归”）。（但在这里我有个问题没想明白：如果熵增一直达到最大熵再在无序中产生一模一样的新宇宙，那这个新宇宙应当也是熵增的，那到底是产生新宇宙后“最大熵”变得更大了？还是产生的同时因为无序变得有序而熵值骤变回到初始值？）

这就引入了一个哲学问题：我们的现在是否是历史的重现？如果以上假说成立，那么可以推测宇宙已经进行了许多次的毁灭和重生，我们现在经历的一切就是无数次重新播放的历史，作为个体的我们也是随机波动产生的一种产物而已（即“玻尔兹曼大脑”）。

3.大撕裂

热寂的猜想基于占宇宙70%的暗物质恒定不变，暗能量被理解为一个宇宙常数，这个常数永远保持着w=-1，使得宇宙整体不断膨胀并不断加速膨胀。但如果略微小于-1，暗能量就会变为幻影暗能量，这将撕裂宇宙，让一切行星脱离既定的轨道，走向解体。

因为暗能量可以被看做宇宙膨胀的力量，所以在本章中还提及了“距离阶梯”的概念。天文学家要对其他星体与我们的距离进行测定，最简便的方法就是用激光发出和返回的时间来计算（例如地月距离），而走出太阳系，要运用“视差法”进行测量，即在不同时间，地球所处于公转轨道时对同一星体距离进行测定，根据视差角来计算距离。在银河系的尺度上根据造父新星，在更遥远的星系根据Ia型超新星来进行测算，这两种恒星的亮度都可被标定，其中造父新星会进行周期性的明暗变化，Ia型超新星则是恒星走向死亡时演变为白矮星，白矮星在某种条件下发生爆炸成为超新星，并发出光亮（“钱德拉塞卡极限”说明Ia型超新星的固有亮度可以根据其质量上限确定，约为太阳质量的1.4倍）。

4.真空衰变

希格斯场打破了对称性，赋予粒子质量，使得我们生活在了一个特定物理状态下的世界，形成“希格斯真空状态”，而这种真空是一种假真空状态，处于亚稳态的情况之下，宇宙不可避免地发生真空衰变，向“真真空”波动。这种衰变需要一个巨大的能量来产生“真真空泡”，接着泡便会以光速不断扩张，吞噬路径上的一切。或者，希格斯场自发发生量子遂穿，从假真空的波谷直接穿梭到真真空波谷，创造一个量子死亡泡。不过，这两种情况几乎不可能会发生。（以后不说接三体人了，要更装一点地说接希格斯场遂穿。）

足够小的小黑洞也可以成为真真空泡点成核点，所以理论上来说，不断蒸发的黑洞终有一天会形成这个成核点，但是在宇宙过去的寿命中这一情境并没有发生。人为的大型强子对撞机也不会造成这个情境，因为宇宙射线和粒子碰撞的能量大得多并不断发生着，也没有造成如此情境。

5.大反弹

我们一直认为引力是一个完美而恒常的力，但事实上引力并不那么稳定，某些物理学家认为引力在不断泄漏进另一个维度，我们的宇宙只是一个三维膜结构，就像一个人为制作的精妙的小生态圈模型，我们或许也是高维智慧制作的一个膜世界，在我们的宇宙上还存在其他膜宇宙，一切都是平行的，只有引力波可以跨越两张膜。

火劫模型和暴胀理论描绘了一个膜状宇宙的起源和归宿，早期两个膜宇宙相撞产生宇宙大爆炸，然后不断远离膨胀，但最终又会靠近相撞，并发生毁灭和再一次的大爆炸。（这一章提及的“共形循环宇宙论”部分解释了我在热寂那章的疑问）这个过程与大坍缩有点相近，但以一种全新的理论模型推翻和解释了宇宙的历史、现状与未来。