宇宙简史章节列表在线阅读

宇宙是著名作者佚名经典小说中的主角，小说情节很吸引人，是一本罕见的好书，强烈推荐！那么宇宙的结局如何呢，我们继续往下看

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第二节 宇宙之死

1、宇宙为什么会死？

宇宙为什么会死亡？它应该是无始无终的一个无限空间，这样的永恒存在怎么会死亡呢？

最近这几十年来，我们终于知道了宇宙是从大爆炸中诞生的，这是现代科学界的共识，那么，有起点就必然有终点，既然宇宙有大爆炸这个起点，就说明它不是无始无终的永恒存在，所以应该也有个终点，但这个终点到底会是怎样的一个情况呢？

其实，这个问题就是关于宇宙归宿的终极问题。

在大爆炸理论尚未出现以前，人们就已经非常想知道宇宙的归宿到底在哪里？只是许多年以来，一直众说纷纭，没有一个确切的答案。

1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯提出“熵”这个有关能量分布状况的概念：空间中能量分布的越均匀，熵值就越大，当能量完全均匀分布时，熵就达到最大值。

在宇宙中存在冷热不均的情况下，能量就会由高温的物体向低温的物体传递，直到所有地方达到相同的温度、不再有温差，而这个能量流动过程会让熵值一直增加。

熵——对于我们了解宇宙的结局很有帮助。

一个明显的问题是：熵会永远不断地增加下去吗？

答案是不会。

高温和低温随着时间的推移，将会达到一个相同的温度，能量的分布也就变的均匀。能量分布均匀了，熵值自然就达到了最大的一个值，不再增加。

对于恒星来说，在它诞生后就一直向外辐射能量，只是它自身燃料总有用完的一天，那个时候的恒星内部核反应完全停止，恒星只能放出剩余的热量继续冷却下去，直到周围的寒冷太空和它达到一个相同的温度为止——现在的宇宙中就有很多这样冰冷、黑暗的白矮星、黑矮星。

德国物理学家亥姆霍兹经过大量实验验证后提出一个普遍原理：总用一天宇宙的温度、能量都会达到均匀分布，也就是熵的最大值，然后，所有的能量流动将停止，而宇宙在那个时候就等同于死亡了——这就是宇宙的“热寂说”，人类有关宇宙归宿的早期解答。

这个发现曾使当时的科学家和哲学家都为之悲观失望，认为宇宙的前景渺茫，人类的生存毫无价值。

这个理论对于大爆炸学说的创立也起了一定推动作用，它暗示了假如宇宙无限古老，那它早就应该死亡了，所以，宇宙必定是在某个时间诞生的，它有一个起点。

不过，19 世纪的天文学家都没有意识到宇宙有起点这个事实，很多天文学家还为了一个问题而困惑：宇宙中有很多恒星在发光发热，尽管它们距离远，光线又弱，可宇宙无限，恒星数目也是无限，所以给定距离上的恒星累积的星光强度全都一样，当我们把各种距离上全部恒星的光累加时，地球上所接收到的总的星光量是无限的——夜空应当是无限地亮才对。

一个无限宇宙应当是一个宇宙熔炉：恒星把热量和光辐射倾注入太空，这种辐射慢慢地在真空中堆积起来。整个宇宙应当充满温度为几千度的热辐射，夜晚的天空应当在这个温度上发光发热，而不是漆黑一片。

解决办法只有放弃宇宙无限的观念：假定恒星很多，但数量有限，这样宇宙的大部分星光才流失掉。

只是，这样解释也有不对的地方：每颗恒星通过引力作用吸引其他恒星，如果宇宙有一个确定的边界，它就一定有个中心，物质一定会向这个中心聚拢。恒星将不能象目前这样高悬在星空中保持稳定。

看来，只有承认宇宙既无中心也无边界，每颗恒星才都会受到周围四面八方的引力，推及到整个宇宙来看，就是所有的引力会彼此抵消，恒星保持不动。

于是，终于有科学家认识到不是宇宙空间无限，而是宇宙的时间上有限——它竟然有个起点。它诞生于过去某个确定时刻，虽然现在充满着活力，但正不可避免地朝死亡迈进。

到了二十世纪初，埃德温·哈勃观测到所有的恒星和星系都在远离我们，在此基础上发展出了现代的大爆炸理论，让所有的科学家都意识到，宇宙真的会死，这几乎是不可避免。

然而，这立刻产生一堆问题。宇宙什么时候死？是怎么个死法？会不会突然降临到人类的头上？

2、死于引力：大坍缩

银河系拥有数千亿颗恒星，它们中的每一个都会因为燃料烧尽而灭亡，但是在银河系的旋臂上，还有足够的气体物质继续形成新的恒星，其他宇宙中的星系也是如此。

恒星生生灭灭，可它又不能永无止歇。因为制造恒星的气体物质只能有两种来源，一部分是还没制造过恒星的原始物质，另一部分则是恒星临终喷发出来的旧物质。但是，恒星死亡并坍缩成白矮星、中子星或黑洞时，便会占用掉一部分物质，使这些物质不再参与新恒星的制造过程，所以，宇宙中制造恒星的气体物质便会一点点的用完，直到最后一代恒星熄灭后，宇宙便会黑暗下来，到处都是漂浮的恒星残骸，尽管过程会很长，但总有一天会来到。

宇宙黑了下来，没了制造恒星的原料，但还不至于死，因为引力依然没有消失。

引力来自己大质量的恒星，我们知道质量不够的恒星死亡后只能留下白矮星残骸，再大点的会留下一个中子星残骸，更大的恒星则会变成一个黑洞，形成黑洞的本质原因就在于恒星的质量太大，大到足以让它的引力战胜其他力，包括强力、弱力、电磁力，把物质在粒子层次上被挤碎，释放出原子内的庞大空间，去容纳一个个的粒子，这时候的黑洞更加强大，再没有哪种天体能比黑洞拥有更强大的引力了，它不仅能把近处的天体吞掉，离得远的也会受引力影响，越靠越近，最终掉入黑洞。

引力的这种强大作用，让我们对于宇宙的未来深感忧虑。它既然可以压碎恒星，那会不会把整个宇宙都收缩到一个点上？

为此，我们要“称”出宇宙的重量，才能知道它的引力够不够强大，是不是象恒星一样存在一个临界点，超过这个质量倍数，宇宙就会死于引力——大坍缩？

怎样称出宇宙的总质量呢？这还是一个难题。

对于宇宙，我们没本事去直接称量，只有借助引力理论来推算它的重量，以求得出一个合理的下限。

从太阳对行星的引力可以计算出太阳的重量。那我们可以估计宇宙中一共有多少个象太阳这么大的恒星，把它们逐个累加起来，最后得出的总数为 10倍太阳质量，或者说约10吨。这个质量相对于目前可观测的宇宙半径，让我们可以确信：引力还很小，完全不能对强力构成威胁，而宇宙会永恒地膨胀下去。

但许多天文学家和宇宙学家都不认可这样的宇宙总质量，因为计算出的理论质量仅包含可见物质，而可见物质占宇宙总物质的比例太小，比如很多死亡天体是不发光并且不放出任何辐射的，还有大量看不到的尘埃和气体。这些看不见的东西也都有很大质量，而我们看不到不等于就能忽略掉。

并且，还一种可能性激起了天文学家的浓厚兴趣。

宇宙大爆炸制造了许多可见和不可见的物质粒子，而且数量很多。不可见粒子中的大多数很不稳定，迅速衰变后留下残存的大量痕迹。比如幽灵般的中微子就是其中一个，而我们的宇宙就很可能淹没在中微子的海洋中，每立方分米约有10亿个中微子，这远超任何其他的粒子数量。

这些中微子的速度极快，以光速或者接近光速运动，很难直接捕捉到它，而且不和任何物质粒子发生反应，间接找到它们的踪影也很难，只能通过一点微弱的引力让我们知道四面八方到处都是它们，自由自在的在宇宙中飞来飞去，这对宇宙的总重量有着至关重要的影响。2011年10月所发现的超越光速的粒子就是这种中微子（如果实验室真实可信的话）。

中微子的速度太快了，让它的质量难以捉摸。因为质量在很大程度上取决于物体的速度。物体的速度越接近光速，它的质量就越大，而且质量的这种增大没有极限！

如果粒子以接近光的速度运动，它的实际质量将是它静止质量的很多倍，甚至达到几千倍。我们不能肯定中微子确实具有零静止质量，但足以肯定它由于高速运动而具有很大质量，注意，这个质量是动态的，不是一直保持不变。宇宙中有这么多的中微子，会使字宙总重量发生重大变化——超过所有恒星的总重量。

问题的复杂性还不止这些，大爆炸时还会产生其他稳定的弱相互作用粒子，也许它们会有相当大的质量，通称为弱相互作用重粒子。

事实上，理论学家已经有了一份假设的弱相互作用重粒子检验单，比如引力微子，希格斯微子以及光微子。没有人知道它们是否真的存在，但如果确实存在的话，它们可能会对宇宙重量的确定起关键性的作用。这也是很多科学家认为宇宙中的暗物质和暗能量就是这些不可见粒子构成的直接原因，它们占去了宇宙总质量的96%。

科学家估计我们的银河系就沉浸在一大团弱相互作用重粒子（暗物质）之中，直接证据就是让银河系边缘的恒星不至于被离心力甩出去，事实证明，银河系边缘的恒星运行速度一点也没有变慢，而是保持和银河系内部恒星相同的运转速度，如果不是暗物质在起作用，就没有别的解释，银河系必将分崩离析。

对星系团内全部星系运动状况的研究也得出了相同的结论。如果星系运动速度足够快，它将会摆脱星系团的引力束缚，星系团也会分崩离析。例如：在后发座内有几百个星系组成的大型星系团，科学家细致的观测后发现这些星系的平均速度非常大，以致这个星系团根本无法长期存在，但是它却一直存在着，那就只能说明那儿存在某种数量很多、质量很大的引力源，也就是说潜伏着超过可见物质300倍质量的暗物质。

对宇宙更大尺度结构的仔细研究进一步说明没有暗物质的引力作用，大尺度上的泡沫状结构同样不可能存在。

说这么多，其实就是说宇宙的总质量我们根本无法确切知道，计算出来的数字和真实数字相差甚远，几乎没什么实际意义。

很长一段时间内，科学家们都是这样认为：宇宙的引力应当比斥力大（从不可见物质质量占到总物质质量的96%来说），所以，引力总有一天会打败斥力，让膨胀的步伐慢下来，并且在未来的某一天逐渐收缩，那时，宇宙就会死于引力，大坍缩时代来临。

但是宇宙不会简单地在一夜之间坍缩，死亡之路将是个非常漫长的过程，宇宙膨胀了多久，坍缩的就也有多久，我们来试着描述一下当时的情况：宇宙收缩的早期阶段丝毫不构成任何威胁，那时仍然有许多恒星在继续燃烧，只不过和现在不同的是，那时候的天文学家能够看到很远很远地方的恒星，这些恒星从最遥远的宇宙尽头开始往回收缩，所有恒星和星系在光谱上都出现了蓝移现象，但它们的光线穿越宇宙需要上百亿年，这个事实意味着任何天文学家在很长一段时间内会看不到这种收缩。

也就是说，哪怕现在的宇宙正在收缩，等我们意识到时，也是多少亿年之后的事情了，而现在看到的恒星和巨大的红移都是它们在数十上百亿年前所发出的光。

时间继续流逝，宇宙的尺度变的越来越小，空间一次次加速收缩，让整个太空的温度都上升。

在某个时刻，温度上升到一定程度时，行星就很难把热量释放出去，所有的冰冠或冰川都会融化，然后海洋开始蒸发。

又过了很多年，太空温度达到了今天地球的平均温度，人类再也找不到可以栖身的星球——在太阳膨胀成一颗红巨星时，人类已经做了一次迁移，但这一次将彻底的无路可走。

人类要么进化到适应灼热环境（不知道还算不算人类），要么发明一些制冷生态系统来苟延残喘，但也依旧徒劳。全宇宙正以一种狂热的步伐在坍缩，每过几百万年尺度就会缩小一半，把所有星系合并到一起，空间面目全非。

又过了很多年，生命早已灭亡了，但是宇宙还在继续变热，太空中不再是漆黑无比，而是夜间（假如地球还在，也还有一个观测者存在的话）的天空也发出淡红色光亮，渐渐地变成黄色，然后是白色……到处都被包裹在笼罩天地的熔炉内。

恒星开始一个个接连爆炸，相当于无数核弹的集体爆发，但也只是让宇宙收缩的步伐稍微延缓了一刹那。

空间弥漫着灼热的等离子气体，发出可怕的蓝色光芒，宇宙开始朝着最后的总灾变加速前进。

温度上升到几十亿度时，浩瀚辽阔的宇宙物质被挤入一个很小的体积内。

最后时刻来临了。

高温高压高密度下，原子核再也撑不住了，质子和中子被挤了出来四处游荡，把空间搅拌成一锅均匀、黏稠的粒子汤。

人类？如果还有的话，也将是你中有我，我中有你。大爆炸和一代又一代恒星创造的金、银、铜、铁等重元素全部分解回去糅合在一起。

除了黑洞之外，什么都没了，但是黑洞也只能再坚持一刹那。

宇宙加速坍缩，温度加速上升，压力也加速增大，物质中的质子和中子也被压碎了，大家全都是一堆夸克或者比夸克还要小的粒子，呈现一种等离子状态被搅在一起。

然而，坍缩还在加速进行，宇宙还没有咽下最后一口气。

引力势不可挡，把物质和空间碾得粉碎，越来越大的空间被压缩到越来越小的体积之内。这是一场相对于暴胀的暴缩，威力强大无比，一切有形的东西统统消亡，剩下的只是一个时空奇点。

当所有空间都类似于黑洞内的情况，而黑洞所在的区域就象是率先进入死亡状态的部分宇宙，并且从黑洞开始蔓延到全部时空时，也就可以说，宇宙死了。

这就是未日，宇宙的大坍缩末日，一切事物的未日，曾经的辉煌和文明都消失在虚无中。

科学家认为，在末日发生的一瞬间，时间立刻终止，所以末日之后没有探讨的意义，就像大爆炸前发生过什么一样，对任何事物来说，根本不存在“以前、以后”，那怕是静止的时间都没有，也不存在空间，自然没有探讨的必要。（其实，这种说法极其不负责任。宇宙诞生之前和宇宙末日之后怎么能无意义呢？只是现有的理论和科技无法解释，不得不这样自嘲。）

在一个注定要走向灭亡的宇宙里，什么才是永恒的？到底有没有永恒的东西？

我们的后代也许还有数十亿年，甚至数万亿年的时间来对付这场决定命运的生死搏杀。但我相信，人类的潜能是无限的，生命也迟早会扩展到整个宇宙。那时候的人类，不像我们只有短暂的百万年进化，他们很可能已经有了决定性的进化，对宇宙的认识远比我们深刻，或许，他们会有办法（一种生命体的存在也就是500万年左右，之后的还是不是能称之为人类，谁也不知道）。

3、死于斥力：大寒冷

大坍缩是一个挥之不去的噩梦，但这只是宇宙的一种可能的归宿。

事实上，情况也许并不会这么糟糕。

大坍缩的理论基础是假设宇宙的自身质量过大，突破了临界值，才会不得不向内坍缩。但如果宇宙向外的膨胀力能够获得源源不断的补充，足以撑住宇宙不让它收缩的话，到那个时候，宇宙的归宿又是什么？

为了摆脱大坍缩的厄运，科学家设计出许多假说，其中影响最大的就是“暗能量模型”。认为“暗能量”要比宇宙自身引力强大许多，会让宇宙一直膨胀下去！

不过这根本无法确认，因为我们一直无法找到暗能量到底在哪儿？是个什么性质？并且，就算是宇宙的膨胀力超过了自身的引力，可以无限的膨胀下去，到了最后还是死路一条，因为每个粒子之间都会膨胀到彼此再也看不见，那是一个全宇宙的大寒时代。

膨胀速度到底会有什么变化？或许，揭开谜底的线索来自量子力学。

在本书以前的章节中，曾经系统性的讨论了量子力学的发展过程，知道量子论最根本的支柱是普朗克所揭示的——能量和光都不是连续不断，而是有着最小单位的一份一份的结构，这个发现颠覆了经典力学在高速高能物理学和微观领域物理学中的领导地位。

量子力学上的另一个理论支柱随之出现：能量和光具有波粒二象性的本质特征，这是个了不起的发现，让我们知道了光既是一种能量波动，又是一种粒子现象。由此推而广之，对于光和能量的性质有了全新的理解，让各个学科都受益无穷，使人类的整体科技文明登上了一个新台阶。但是，接下来如何去统一四种本源之力让我们伤透了脑筋。

为什么呢？量子力学为什么要去全力研究本源之力？

这是因为宇宙间的“力”，是最基本的一个存在，它对于解决宇宙归宿这样的终极问题，发挥着独一无二的最大作用——最大，没有之一。

量子力学之所以叫力学，根本原因就在于它是研究“力”的本质的理论。而宇宙的本质就是一场引力和斥力之争，研究“力”就等于研究宇宙的本质。

大爆炸向外扩散的的力是把所有物质分散的斥力，它使宇宙中的天体和物质不断远离；所有物质间存在的则是一种引力，它会阻止物质分散，力图使其互相靠近聚拢到一起。

宇宙不管是膨胀还是收缩，都源自于这两种力的强弱对比变化。作为一种力，它们的本质虽然一样，但是表现方式却完全不同，也就决定了宇宙的两种归宿，引力的大小只和物质的质量有关，而决定物质质量的关键是它的密度，密度大的物质所拥有的引力就更大，所以相对于整个宇宙来说，引力能否占据上风就要看其中物质的平均密度。

对宇宙间的所有物质来说，确实在理论上存在一个临界密度。大于这个临界值的宇宙中，引力占据上风；小于这个临界值的宇宙中，引力难以抗衡斥力。而这个临界密度等于5个质子的质量除以立方米，最后得出来的数值是5×10克/厘米。（我们只用知道这个数字就行了，它的计算公式很复杂，涉及的数学和物理知识非常专业，我们没必要去一步步推算，老实说，我也不是很明白，但是科学家们都认为这数字是正确的。）

现在，我们只要再找出实际的宇宙物质密度，去和这个理论上的临界密度相比对，就能得出宇宙中的引力会不会打败斥力占据上风了。但是问题出来了，要想测定宇宙物质的平均密度是非常不容易的一件事情，这个任务比称量宇宙的总质量还要困难，几乎是一个不可能完成的任务。

因为宇宙中还有大量的暗物质没有被找到，这使得我们用可见物质算出来的平均密度远远小于理论上的临界密度，基本上就是完全没意义的一个数字。

比较有用的一个线索是宇宙中的氘丰度，氘又叫做重氢，是氢的同位素，它的原子核内有一个质子和一个中子，总是和只有一个质子的氢共存在一起。物理学家相信，氘是在大爆炸初期的核反应中产生的，由理论计算可以得出当时产生的氘丰度和当时的物质密度有关，从而也和膨胀到现在的宇宙密度有关，而且存在一个比例关系。

这样，我们就可以由现今宇宙中的氘丰度推算出现今宇宙的平均密度……如此计算的结果是：宇宙的平均密度最大不超过10克／厘米，显然它远远小于临界密度，宇宙将永远膨胀下去。但是情况还不是这么简单，宇宙中存在更大量的“暗能量”，这些东西也有质量，使得我们通过测算宇宙物质密度的努力化作了泡影。

截至目前，还没有人知道宇宙为什么会一直膨胀。但是宇宙一直膨胀会带来什么样的结果，倒是一清二楚。

那将是全宇宙的核裂变爆炸，一个个原子在瞬间裂变，释放出质子和中子，宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。通过蒸发作用，有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出，并最终完全消失，黑洞灭亡了。最后，光子、轻子抵抗不住时，宇宙也死了，剩下的只有冰冷、黑暗、死气沉沉的空间。而时间不知道还在不在，还会不会继续单向前进，但已经没有了意义，这就是宇宙的另一种结局。

大坍缩——宇宙各种物质间强大的引力逐渐使宇宙停止膨胀，然后慢慢收缩，到最后，一切物质都被聚拢到一个高热高密的点上，炎热、火爆、紧密、高压，如同一个超大黑洞，还是全宇宙唯一的一个黑洞，除此之外再无其他东西。这个理论体现的是宇宙永恒循环论点，因为这个类似奇点的黑洞会再次发生大爆炸，重新开始一个新生的宇宙，生生不息。

大寒时代——使宇宙膨胀的斥力比引力强大，让宇宙一直膨胀甚至加快速度，当这个膨胀速度加快到一定程度，所有物质都会在原子的层次上被粉碎，分解成最小的粒子，冰冷、黑暗、虚无、冻结，然后构成空间的粒子也被撕碎，时间不知道还在不在，但肯定没了意义。也就是说宇宙并非永恒，而是到此为止，宇宙死了。

至于我们人类，最终结局似乎只有一个：毁灭。虽然毁灭的过程不同，但结果是一样的。硬要乐观点去选择的话，似乎大坍缩下的人类无路可逃，大寒时代的人类倒是有机会利用科技力量躲过厄运，但目前来看，科技还根本达不到这样的高度。

难道，等待我们人类的只有灭亡一条路可走吗？

不要悲观，要知道，宇宙很古老很辽阔，我们所经历和预见的过程，仅仅是宇宙的某段时间、某个区域而已，现在的理论还是很不全面的，并不足以说明终极问题。

更何况宇宙又是时刻变化着，让我们的理论随时都会因为新的发现而失去意义。比如说在本书写作的过程中，宇宙天文学界已经有了新的确定性证据，几乎可以判定宇宙的结局是既不是大坍缩，也不是大寒冷，而是大撕裂！

所以接下来，我们就来看看最新的研究发现是怎么回事。

4、势不可挡的加速膨胀

“有人说世界将毁灭于火，也有人说毁灭于冰……。”

20世纪美国诗人罗伯特·弗罗斯特所写下的诗文，分别描述了大坍缩和大寒冷的宇宙结局，在2011年10月4日受到了诺贝尔基金会的垂青。不过别误会，这句话和诺贝尔文学奖无关，而是2011年诺贝尔物理学奖公报的开篇引文。

是的，这是宇宙学的黄金时代，2011年的诺贝尔物理学奖，再次颁发给了宇宙学领域的研究者。

这一次获奖的是索尔·普密特、布赖恩·施密特以及亚当·里斯，因为他们在1998年“通过观测遥远的超新星，而发现宇宙加速膨胀的 事实”。

宇宙，这个浩瀚的星空，它到底走向何方？很有可能的是，科学家发现“宇宙在加速膨胀”这个离奇的线索，从某种意义上来说，已经接近了终极的答案。

打个比方来说，宇宙中的物质就如同我们往地上使劲扔出的一把玻璃球，无论是怎样的地面情况，哪怕是光滑如镜，这堆玻璃球散开的速度也应该是越来越慢。但是，获奖科学家们发现的实际情况却是：这些玻璃球在真空中居然越滚越快了？！

科学家们是怎么知道这种情况的？

宇宙空间这么大，科学家手里必须有一把巧妙的巨型量天尺才可以测出玻璃球是不是越滚越远，还越远越加快速度。

尺子是有的，天文学家这次选择的尺子是一类特殊的超新星，这类超新星在爆炸前都是相同的白矮星，全都发出同等亮度的强光，如同黑暗太空中的烟火般显眼，发出的强光能够历时数十亿年，穿越茫茫宇宙空间来到地球的观测者眼中。

这类超新星为什么会发出同等亮度的光芒呢？

因为它们形成的过程全都一样：这颗白矮星处在一个双星系统之中，宇宙的这种双星系统很常见——如果不出意外的话，数十亿年后的太阳和木星也将成为一对双星——在引力的作用下互相绕行，其中一颗率先烧尽燃料后，会变成一颗高密度高引力的白矮星，让另外一颗伴星很难保住自己的物质。

物质的转移使白矮星吸取到足够物质，但它的自身质量有一个限度，超过这个限度它就必须爆炸，也就是说，白矮星的质量达到太阳质量的1.44倍时，它的内部就会变得足够炽热，在几秒钟内把自己炸的粉身碎骨，释放出耀眼的光线和能量——为什么会爆炸的原因我们在以前的讨论中已经很清楚了——也正因为它们都是在相同质量时爆炸，所以不管置身宇宙的哪个角落，全都拥有一样的亮度和可见度。

知道了一颗恒星的亮度，我们就能算出它的距离；通过它的距离，我们也能算出它应该具有的亮度，这就是科学家在宇宙中找到的重要尺子。

发现这些特殊的超新星必须要快，因为它们爆发相当短暂，往往在最初几星期内迅速增亮，随后就黯淡的再也看不见。而一个典型星系平均每1000年才会出现一到两颗这种的超新星爆发，所以科学家盯住了每一片天空去寻找超新星，连续不断拍摄同一块天空的照片，找出那些突然增加的、新的小亮点，这——往往就是超新星爆炸的亮光。

发现一颗这样的超新星后，科学家们立刻着手连续拍摄它们的位置移动，我们知道宇宙是在膨胀的，所以它的亮度会随着远离我们而逐渐黯淡，只要计算出它们黯淡下去的时间间隔，就能根据不同的亮度知道距离，来算出退行速度，这样，就知道了宇宙的膨胀速度是保持稳定还是有所变化——如果宇宙膨胀越来越慢的话，超新星应该黯淡的较慢；如果宇宙保持匀速膨胀，超新星的亮度应该符合我们的计算结果。

总的来说，他们研究了大约50颗被发现的遥远超新星，但是非常奇怪的是，它们的亮度黯淡的太快，快的不合常理。这些超新星在三天、五天、一周后的亮度和最初发现时的亮度相比，黯淡下去的速度非常快，远比我们按照哈勃系数测定的宇宙膨胀速度要快，50颗超新星都是如此就足以说明，这些超新星正在不断加大油门飞快的远离我们！

起初，一些研究者还很怀疑这个结果，认为是有星云或者尘埃挡住了超新星的部分光芒，又或许是这类超新星本身的亮度就比我们理论上预期的亮度要黯淡——但是经过仔细验证，所有的疑问都不能成立，最后只剩下惟一的解释——宇宙空间距离变得越来越大，距离越远的天体退行的速度就越快。

迄今为止，科学界又得到了至少另外三项实验来印证：第一项是观察80亿光年远处的超新星爆炸，其亮度的异常变化只能用宇宙在加速膨胀来解释；第二项是从1998年开始的南极上空“飞镖”探测，它使用了可以记录宇宙背景辐射十万分之一差异的精密仪器，得出了“宇宙膨胀在加速”的结果；第三项是2003年的最新卫星观测，“看”到约120亿光年之外、背景辐射百万分之一差异的细节。

三项研究都得到同一结果：宇宙在加速膨胀。这是可靠和可信的，完全改变了全人类对宇宙的认识，这也正是1998年第一发现这个问题的科学家获得诺贝尔物理奖的原因。

这么重大的天文发现，原因却一直众说纷纭，没有谁可以拿出可信的理论来证明，太空中存在的是哪种力量让“球越滚越快”？

没有动机，就没有结果，宇宙不会无缘无故的加速膨胀，我们不找出它加速膨胀的原因，也就对宇宙的本质无法进一步了解。

宇宙的加速膨胀，这个目前已经被确认的现实情况，让宇宙的最终结局不可能是大坍缩，也不可能是大寒冷，而只有一个最大的可能：大撕裂。

5、宇宙大撕裂

大撕裂，比大寒冷还要可怖的结局，真是我们这个宇宙的下场吗？

不得不承认，从目前的观测来看，必将如此。

这是一个让人不寒而栗的预言，还是目前最为可信的科学理论：宇宙中潜伏着一个强大的幽灵，它用自己无可匹敌的能量让宇宙加速扩张，让所有星系团之间远离，一直远离到彼此再也看不见，接下来瓦解星系内的千亿颗恒星，毁灭掉每一个单独的星系，最后撕碎所有能够撕碎的恒星、行星、分子、原子、质子、光子、黑洞……最终把一切都撕成碎片，包括那堪称永恒的时间和空间。而这些碎片，全都是不可再分的微小粒子，孤零零的一个个散落在宇宙深处，相遇的可能性几乎没有，到处都是孤独、寒冷、寂寞的最小粒子。

这是什么样的能量啊？有没有找到一个嫌疑犯？

很多科学家认为，疑犯一直潜伏在真空中，只是我们无从发现而已，这个疑犯就是占据宇宙所有物质73%的神秘成员：暗能量。

暗能量我们在前文已经了解过，此时再来深入讨论一下。

通常，星系之间没有物质的稀薄地带被我们称之为真空，但是，如果我们把真空中存在的极其稀少的粒子全部清除掉，然后将有可能的辐射和磁场也给屏蔽出去，最后使它降温到绝对零度，这样得到的真空，我们称之为“真真空”，是的的确确的“什么都没有”。可事实却是，这样的真真空里面居然还有东西在作怪，那很可能潜伏着暗能量——某种未知的残余能量。

这种神秘的暗能量隐蔽得如此之巧妙，天文学家知之甚少。

无论从哪方面来看，暗能量似乎更像是宇宙中的一个背景，如同人类在空气中呼吸，知道空气的存在，却又看不见摸不着，但它确确实实的存在着，还关系着人们能否活下去的关键作用。

难道，宇宙四种基本力——引力、电磁力、强力和弱力——之外，还存在一种我们完全不了解的强大成员：斥力？

有人称之为“万有斥力”，有人称之为“真空能”，还有人称之为“反引力”……但是不管怎么命名，我们现在的科技手段还无法去验证。

它一直潜伏在我们的宇宙中，从宇宙诞生之初，就开始不停的和引力作暗中斗争，一直到它占据上风，才露出了撕开一切的狰狞本质，而我们人类的科学家却对其一无所知，只知道它很强大，强大到所有宇宙物质的引力加起来都不是它对手，哪怕是想要维持一个稳定的膨胀速度都成了奢望，只能眼睁睁看着宇宙一天天的加速膨胀。

找出这种能量，然后熟悉它，解决它！这个任务几乎成了宇宙天文学的前沿阵地。

宇宙膨胀的速度越来越快，最终那些遥远的星系将以超越光速的速度远离，从那些星系上发出的光的速度就赶不上宇宙膨胀的速度，所携带的信息再也不能穿过宇宙空间到达我们地球了。所以必须争分夺秒，不能等到宇宙中的其他文明再也联系不上时才意识到问题的严重。

实际上，那些距离地球六七十亿光年的星系现在已经不能发送新信息到地球上了——它们太远太远了，光的速度已经传不过来而只能消失在不断膨胀的空间中。

我们看到的也将是一个最后的、凝固的远古遗像，但即便是遗像，也将消散在太空中。

亿万年后宇宙将成为一个空空荡荡的不毛之地。而我们如果还存在的话，勉强看到的几个星系将会挣脱膨胀力，不可避免的高速撞击过来……。

宇宙学飞速发展，带来许许多多的未知。尤其是宇宙加速膨胀引出了潜伏亿万年的暗能量，连同此前发现的暗物质，这两种东西营造出一个非常陌生的全新宇宙，其怪异程度让天文学家们伤透了脑筋的大问题。

从某种意义上讲，暗能量所导致的宇宙斥力并非是一个全新理论。

1917年，当时的人们都相信宇宙是封闭而静止的——既不膨胀，也不收缩。当爱因斯坦的广义相对论出现后，人们才发现一个问题：公式表明宇宙要么膨胀，要么收缩，但就是不能保持静止！如此怪异的公式要求爱因斯坦必须在公式里加入一个附加的臆想数字，才可以推算出一个大家都满意的稳恒态宇宙。这个附加的数字就是宇宙常数，它表示星际空间的真空中存在一种看不见的能量，这种能量会产生反引力——宇宙斥力。有了这个常数，宇宙就平衡了，既不膨胀也收缩。

1929年，天文学家哈勃观测到所有的星系都远去，我们的宇宙不是稳态的，而是在膨胀的——这个伟大发现完全改写了人类的宇宙观。

1930年，爱因斯坦造访哈勃的天文台，亲自观看了望远镜中的宇宙膨胀现象，自此，爱因斯坦才抛弃了稳态宇宙观点，而为了维持稳恒态宇宙的这个附加数字——宇宙常数随之进了垃圾桶。

今天，我们知道，这个附加的宇宙常数并不是个错误：观测事实一再显示宇宙不断的加速膨胀，这就证明了宇宙斥力存在，这个斥力就藏在爱因斯坦的公式中。

科学家们推测暗能量的密度是恒定不变的，不应该随着空间的扩大而稀薄。因为空间每扩大一点，暗能量也就随之增加一点，空间扩大的地方就是暗能量产生的地方，而宇宙物质总量却是恒定的，所以随着空间的不断扩大、暗能量的不断增多，物质在整个宇宙中的密度就会不断下降，一直下降到今天的0.4%，难道，这个比例也存在一个临界值？

爱因斯坦的宇宙常数，莫非就是这个临界值？

宇宙诞生之初，有关那次暴涨的原因，现在呼之欲出。因为早期宇宙充斥着暗能量，却没有物质粒子产生引力和它抗衡，所以，大爆炸带来的膨胀没有刹车可踩，几近失控的斥力终于酿成了暴涨的发生——大约每隔10秒，宇宙就扩大一倍。

随着温度逐渐冷却，物质逐渐增加，从粒子到原子、到星云、到恒星和星系，物质密度越来越大，如同刹车一样逐渐抗住了斥力的膨胀，让宇宙膨胀的速度均匀的缓缓增加。

但是，大约数十亿年前，斥力突然发起了最后一击，彻底打垮了引力的抗衡，让膨胀速度骤然加快，而且不断加快……斥力的骤然发难原因迄今无人知晓，连猜想的理论都没有一点线索。

这意味着宇宙的前景将更加悲惨，结果将是一场宇宙大撕裂！不管我们耗尽心血去补救都没有意义。

如果宇宙膨胀的加速度是均匀恒定的，正如同上一节的讨论，宇宙将会在一个寒冷、黑暗的大寒冷时代里，悄无声息的默默死去，但是加速度的急剧变化，让宇宙想悄悄的死去都变成一种奢望：强大的斥力不断加速，将会撕碎宇宙中的一切，终结时间恐怕连500亿年都不到了，也许只有200亿年。

末日前10亿年，所有的星系消失在视界之外，银河系孤独的飘荡着，我们被遗弃在一个孤独的星系中，宇宙极端空旷分散，完全超乎我们的想象；

末日前6000万年，银河系被斥力分开瓦解，所有恒星分崩离析，恒星或者只是恒星残骸向四面八方无目的的散开；

末日前3个月，太阳系也瓦解了，恒星、行星、星云、尘埃和碎块全都消失不见，宇宙中是一片原子的海洋，尽管每个原子之间的距离都大的不可想象；

最后30分钟来临时，原子核中的强作用力也抵挡不住强大的斥力，不得不分裂出质子和中子，顿时，此起彼伏的核裂变不断发生，宇宙中都是星星点点的辐射和基本粒子……甚至飞舞着***裸的夸克；

然后，空间崩溃了，时间终止了。

再后来，后来会发生什么？ 一切都不可知。

这不是恐怖的预言，而是有着严密论据支持的科学理论，尽管这不合道理，我们也不知道哪儿出了问题，为什么一个宇宙会以必将死亡为终点？让一切都变的毫无意义？

莫非，这是“神”的意志？

当然，地球人都知道——“神”是不可能存在的，那只是一种信仰。

但我们也应该知道，门外墙角处的一个蚂蚁家族，将根本无法理解人类的生活方式，而一场小型的火灾就足以让它们全都无路可逃……邻居家的蚂蚁和它隔着千山万水，不知道它们的存在，也没有能力去施以援手……但是蚂蚁，依然属于一种生命。

对于宇宙的一切，我们讨论到这里，很是有些无力的感觉，因为这个宇宙中的谜题太多了，而我们人类的文明还有太长的路要走。

6、共形周期宇宙论

宇宙是有限的，我们终于知道它并非无始无终，那它是偶然巧合的？还是必然会形成的？这其中有没有外力在起作用？宇宙之外，是否真的有未知力量在暗中控制着一切？

疑问越多，产生的理论就越多，人类文明就是在这样的争论中不断前行，每一次进步都是站在前人的理论基础上，去发现一个更大的世界……爱因斯坦在牛顿力学的基础上，用相对论取代了地球之外的物质运动规律，来到了宇宙星空中；现代的量子论同样是基于牛顿力学和相对论，找到了自己在微观层面高速粒子运动中的崇高地位……让我们的视线从地球拓宽到宇宙，然后继续深入到看不见的原子结构内去研究，那么接下来，将会出现什么理论来进一步拓宽人类的视野？还有什么时间和空间是我们所不了解的新领域？

数十年来，有许多宇宙天文学家和物理学家都基于自己的判断，提出了自己的宇宙观，有些被科学界所普遍接受成为主流理论，比如大爆炸理论、加速膨胀理论等等，但有的还是一直游走于科学界边缘，没有得到公认，同样凝聚了科学家们的辛勤汗水和天才构思。我们下面就选取一个做些了解。

最近，牛津大学教授彭罗斯和同事一起，仔细研究了美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器所拍摄的宇宙微波背景辐射图，发现了可能证明目前宇宙在大爆炸之前就已存在的证据——宇宙微波背景辐射(CMB)中存在的“同心圆”，似乎在暗示大爆炸之前有事件发生。

图：宇宙微波背景辐射的同心圆模拟图

这一发现为宇宙的起源增加了一个新注释。

彭罗斯等人认为这些“同心圆”是由宇宙微波背景辐射的温度变化所造成，呈现出一个有某种规律的特征——圆环范围内的温度比平均温度低，这些都是发生在比宇宙婴儿时期还要早期的巨大温度圆环。是好几个剧烈碰撞所留下的“回声”，来自于更久远的宇宙撞击，这个反常现象足以引发我们对现有大爆炸理论进行更深入的思考。

彭罗斯等人已经发现了12个同心圆例子，其中一些有5个圆环，说明这些区域在其历史上发生了5次大规模事件。并且这些圆环都出现在星系团周围，星系团背景辐射中的变化程度似乎较低，显得有些怪异。

图：宇宙微波背景辐射的同心圆模拟图

彭罗斯和古扎德亚认为，同心圆是上一次大爆炸前特大质量黑洞碰撞产生的极度强烈的引力辐射波的印记，这意味着宇宙周期受控于大爆炸和特大质量黑洞碰撞。

根据这个论据，彭罗斯提出了“共形周期宇宙论”：黑洞将最终吞噬宇宙中的所有物质，之后留下来的就只有能量，和其他巨型黑洞相撞后触发下一次大爆炸，进而开启一个新宇宙，我们目前的这个宇宙仅仅是一系列类似时空中的一个，其他宇宙在物理学方面的特性与我们存在差异，它们同时与我们所处的宇宙存在。

还有很多科学家也都研究证实了“辐射同心圆”确实存在，但是不赞成平行宇宙的结论。只有继续发现目前宇宙存在着其他证据，不符合大爆炸模型，才能有力证明“前宇宙”甚至平行宇宙的可能性。