宇宙终极命运将如何 “大撕裂”“大冻结”众说纷纭

科技新闻来源：科技日报 2018年10月26日 10:53

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　　有媒体报道，欧博官网一个国际研究团队近日发表论文称，他们从暗物质和暗能量的角度分析后得出结论，宇宙的寿命至少还有1400亿年。目前，宇宙起源已经有公认的理论，认为宇宙起源于约138亿年前的大爆炸，随后开始膨胀演化。但关于宇宙如何走向终结，理论假说却多种多样。

　　正如有人说:“我不想知道我是怎么来的，我就想知道我是怎么没的。”对于宇宙究竟会怎么走向终结，科学家们苦苦探寻，提出了“大坍缩”“大撕裂”“大冻结”“大吞噬”等各种假说。

　　“大撕裂”假说

　　暗能量不断增加使宇宙分崩离析

　　“宇宙的最终命运（或称为宇宙终极命运）是物理宇宙学研究的重要问题之一，目前看来它主要依赖于宇宙的空间几何结构以及暗能量的性质，宇宙终极命运的假说主要包括‘大撕裂’‘大冻结’和‘大坍缩’。”10月24日，中国科学院国家天文台副研究员陈云在接受科技日报记者采访时说。

　　说起宇宙的空间结构，陈云介绍，其包括平直、闭合和开放3种可能性，可以分别类比于平面、球面和马鞍面。而暗能量则是宇宙中均匀弥漫的一种克服物质（包括普通物质和暗物质）所产生引力的“负引力”。暗能量的性质通常用它的状态方程（就是压强与密度之比）来刻画。不同的暗能量模型下暗能量的状态方程不同。有些模型下暗能量的状态方程是不随时间变化的常数，而这个常数可能等于-1，也可能大于或小于-1；还有些模型下暗能量状态方程是随时间变化的，就是说状态方程可能由大于-1随时间演变为小于-1，也有可能由小于-1变为大于-1。暗能量状态方程等于-1时它的密度是不随时间演化的常数，大于-1时密度会随着时间的增加而减小，而小于-1时密度会随着时间的增加而增大。

　　由此，陈云表示，“大撕裂”假说认为如果暗能量是状态方程小于-1的“幽灵暗能量”，那么它的密度就会随着时间增加而增加，从而导致宇宙膨胀的速度越来越快，那么随着宇宙的不断膨胀，欧博宇宙中的所有物质（甚至时空本身）最终都会被逐渐撕碎，瓦解为不受束缚的基本粒子和辐射。

　　暗能量的确是宇宙间最神秘、最丰富的能量形式之一，约占宇宙68.3%的质能，但物理学家真的对它了解不多。上世纪90年代发现暗能量之前，物理学家认为因大爆炸而产生的宇宙膨胀正在减缓甚至停止。此后，通过对超新星的观测，天体物理学家们才意识到其实宇宙膨胀正在加速，并且有研究人员对110亿年前形成的星系进行测绘，发现宇宙正以过山车的速度膨胀。

　　朴茨茅斯大学的马特·皮尔博士解释说，年轻时期宇宙的生长因引力的影响变缓，但在过去50亿年时间里，宇宙却开始快速膨胀，原因就在于一种神秘的力——暗能量。如果暗能量不断增强且持续扩散，就会推动星系相互分离，紧接着推动行星远离恒星，并造成一系列类似变化。最终，暗能量会强大到把原子核从原子中撕扯出来，并撕裂宇宙间存在的一切，使宇宙分崩离析。

　　“大冻结”假说

　　宇宙温度趋近绝对零度生命不复存在

　　另一种比较典型的宇宙终结假说就是“大冻结”了。

　　陈云指出，“大冻结”也被称为“热寂”（heat death）。这种假说认为宇宙最终会演化到一种没有热力学自由能的状态，也就是说宇宙达到一种热力学平衡（即具有最大熵）的状态，同时宇宙温度也趋近（但并未达到）绝对零度，从而任何宏观物理过程和生命都不复存在。在暗能量存在的情况下，不管宇宙空间几何结构是什么样的，“大冻结”都有可能发生。就算没有暗能量，如果宇宙空间几何结构是平直或开放的，“大冻结”也可能出现。

　　“大冻结”假说认为在宇宙年龄为1万亿至100万亿年期间恒星会正常形成，但随后恒星形成所需的气体逐渐被消耗殆尽，从而使恒星停止发光，整个宇宙将逐渐陷入黑暗之中，随后黑洞将主导整个宇宙, 但是接下来黑洞自身也会因为霍金辐射（指来自黑洞的光和粒子辐射）而消失，然而再接下来宇宙是一直处于这种“大冻结”的状态，还是走向其他状态，还不得而知。

　　有科学家表示，人们在煎蛋时，将一枚鸡蛋打碎放入煎锅，鸡蛋将无法恢复之前的形状。同样宇宙也是这样，伴随着不断进化——炽热气体逐渐形成恒星、行星，孕育人类和各种生命，熵（物理概念，用于度量无序程度）也在逐渐增加。而且一旦宇宙走向无序，就很难停止或反转，就如食物会腐烂、金属会生锈、人类会消亡一样。熵不断地增加，当宇宙中的紊乱达到最大程度时，“大冻结”就会来临。一旦熵达到它的最大值，所有能量将被均匀地分布在整个宇宙内，但任何可重复使用的能量或热量将不复存在，这意味着消耗能量的过程将不再继续。从根本上说，宇宙间的一切终将停止运转。

　　陈云说：“由于暗能量的本质属性尚且不知，因此，宇宙未来的命运可能是‘大撕裂’，也可能是‘大冻结’，同时也有可能是先发生‘大冻结’再进入‘大撕裂’。”

　　“大坍缩”假说

　　宇宙膨胀速度不断变慢从而发生坍缩

　　一些科学家认为，如果宇宙内的物质随着时间推移不断减少，大坍缩便会出现，导致引力成为占据支配地位的力。引力导致宇宙收缩，其结果是恒星、星系和行星相互撞击，宇宙发生塌陷，这就是“大坍缩”假说。理论物理学家表示，宇宙内的一些区域已开始塌陷，这种塌陷将最终吞噬宇宙其他区域。

　　在陈云看来，“大坍缩”假说认为由于物质的引力作用宇宙的膨胀速度会不断变慢，从而终将停止膨胀并发生坍缩。然而在坍缩之后又将发生什么，尚不能确定；其中一种可能性就是宇宙坍缩到它的初始状态并再次发生大爆炸，从而使得宇宙处于“大爆炸”到“大坍缩”再到“大爆炸”这样一种循环的状态。不过最近的宇宙学观测都表明宇宙的膨胀速度不仅不会变慢，而且由于暗能量的作用膨胀速度在不断加快。简而言之，目前的观测数据不支持“大坍缩”假说。

　　“此外，关于宇宙终结还有‘大吞噬’假说，我认为是没有科学依据的纯假想。”陈云说，“大吞噬”假说认为宇宙中的黑洞会逐渐吞噬掉所有天体和物质，并发生大黑洞吞噬小黑洞，最终整个宇宙只剩下一个超级大黑洞。这种假想不可信的理由很多，其中最主要的有3条：一黑洞只会吞噬掉进它视界内的物质，视界外的物质是不会被吞噬掉的；二黑洞并不是只进不出的，比如,星系中心的黑洞在吞噬物质的过程中，通常也会产生沿转轴方向向外的喷流，喷出来的物质又为产生新的恒星和星系提供了原料；三在暗能量主导的时期，由于暗能量的负压作用，相距较远的黑洞是不会发生碰撞的，也就是不会出现互相吞噬的情况。（本报记者 付丽丽）