教育点点谈2024年10月13日发布:西媒：宇宙的尽头什么样？

哈勃1931年公布的观测结果显示，其他星系正在远离我们，且离我们越远的星系远离速度越快。事实上，哈勃观测到的是红移现象，当光源远离观测者时就会产生这种效应。这与声波的原理相同，当声源——如救护车的警报声——从面前经过时，我们听到的声音会从尖锐逐渐变得低沉。正如声波的频率会发生变化，星系发出的光的电磁波频率也会发生变化。

于是人们开始假设，原始宇宙与我们现在看到的样子并不相同。因此有必要自问，数十亿年后宇宙会变成什么样子，宇宙是否有尽头？

要了解宇宙的未来，就必须明白引力和暗能量将如何演变。有证据清楚地指出，目前我们正处于一个快速扩张的宇宙中。简单地说，哈勃之所以观测到星系红移现象，不是因为这些星系正在朝与银河系相反的方向移动，而是因为星系之间正在“形成空间”。一个经典的类比就是表面贴有不同图片的气球。当气球膨胀时，图片就会分离，因为气球在“生长”。

既然星系正在相互远离，那么从某种程度上来说，它们克服了本应将它们聚拢的引力，而助推宇宙扩张的能量就是暗能量。我们知道，当距离增大时，引力会急剧减小。在短距离内，引力足够强，以至于能克服扩张，将银河系的恒星甚至银河系与周边星系聚拢，我们称之为“本星系群”。

另一方面，我们尚无法确切地得知宇宙中有多少物质，无论是构成我们的重子物质，还是暗物质。不知道这个问题的答案，就无法得知引力对宇宙演变的影响有多大。同样，我们也不知道随着星系远离，暗能量会发生怎样的变化。因此，就算我们知道扩张会加快，也不知道这个过程会持续多长时间，是否会停止或反转，抑或是否有其他我们尚未观察到的决定性因素会对此产生影响。

考虑到物质密度和暗能量，无论在平面宇宙还是开放宇宙，扩张都可能无限期地进行下去。这意味着如果我们等待足够长的时间，恒星将熄灭，黑洞将消失，最终能量（既不会凭空产生，也不会凭空消失）将均匀分散在宇宙中。根据热力学第二定律，天文学进程将终止。我们称之为宇宙的“热寂”。尽管这个结局并不确切，但确实是最为大众所接受的假说。

假设暗能量的影响逐渐增强，那么扩张将比上述情形更快。存在着暗能量在短距离内的排斥效果大于引力的可能性，这样就会将同一个星系的恒星分开。暗能量甚至可能超过电磁力、弱相互作用和强相互作用等强得多的力。倘若如此，暗能量可能会撕裂原子，将宇宙变为“亚原子微粒汤”。这种悲惨的景象被称作“大撕裂”。我们已经有了两种可能的假设。

第三种情形或许是最激发公众想象力的一种情形。引力最终取胜，并使宇宙回归至与“大爆炸”之前类似的状态，正如一根弹簧在拉伸后会收缩一样。这个过程被称作“大挤压”。它与宇宙“原路返回”不同，换句话说，不像电影倒带那样。无论如何，时间都会继续推进。

在其他物理学家看来，故事还没有结束。他们提出第四种情形，即在“大挤压”之后，“大爆炸”反复出现。这种循环往复的情形被称作“大反弹”。

最后，还有理论学家提出了这样的可能性，即我们所认识的真空并非真的空无一物，在我们所认识的真空中存在着能量。于是有人提出，可能存在一个能量水平更低的“真真空”。如果这件事成真，那么我们的“假真空”可能会变为“真真空”，导致部分物理学常数发生变化。换句话说，就像是在一局相当复杂的游戏中途改变游戏规则，这局游戏将崩溃。

来源：参考消息网

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