美科學家預測宇宙將在50億年內走向滅亡

這是哈勃天文望遠鏡拍攝的“貓眼”星云，我們的太陽死亡時看上去可能就是這個樣子。(圖片提供：NASA/ESA)

 

新浪環(huán)球地理訊 北京時間11月1日消息，據(jù)美國國家地理網報道，宇宙已經存在了近140億年，大多數(shù)人認為，宇宙還應該會繼續(xù)存在數(shù)十億年。不過，據(jù)最新一項研究，一種涉及宇宙起源的理論預測，時間本身會在50億年內結束，而巧合的是，太陽大概也會在相同的時間段內走向滅亡。

宇宙之外還有宇宙

這一預測源于“永久膨脹”(eternal inflation)理論。該理論宣稱我們的宇宙屬于“平行宇宙”(亦稱多重宇宙論)體系的一部分。這個體系由無數(shù)個宇宙構成，每一個又包含無數(shù)個更小的宇宙。平行宇宙理論的問題在于，可以發(fā)生的一切事件都會在無限的時間內發(fā)生，這使得計算事件的概率(如類地行星常見的概率)看似不可能。

美國塔夫斯大學科學家肯·奧盧姆(Ken Olum)說：“正常的概率概念是，事件A發(fā)生兩次，事件B發(fā)生四次，所以，事件B發(fā)生的頻率可能是事件A的兩倍，但是，這種概念如今不起作用了，因為不是兩個和四個，而是無限個。”奧盧姆沒有參加最新研究。計算平行宇宙的概率不僅僅是宇宙學家面臨的問題。

美國加州大學伯克利分校理論物理學家拉法爾·布索(Raphael Bousso)和同事在最新的研究報告中寫道：“如果整個宇宙的許多觀測者無數(shù)次中過彩票，仍然有人說中彩票是不可能的事情，那么他們的依據(jù)又是什么呢？”物理學家多年來一直通過一種名為“幾何截點”(geometric cutoff)的數(shù)學方法來盡量回避這個問題。

所謂“幾何截點”是指，以平行宇宙的有限區(qū)域為例，計算基于那種有限樣本的概率。不過，在9月份發(fā)表于康奈爾大學網站arXiv.org上的新論文中，布索的研究團隊指出，這種方法是無意識的，在此之前總是忽視后果。布索說：“你不能將截點作為不留任何痕跡的數(shù)學工具，給予你這些滿意、可能正確的預測的相同截點，也可以預測時間的盡頭。”

“換言之，如果你采用截點法去計算永遠膨脹的概率，截點本身以及時間的盡頭就成了一個可以發(fā)生的事件。”雖然這種理論十分奇怪，但布索和同事認為，永久膨脹是一個可靠的概念。布索說，根據(jù)這一理論做出的大多數(shù)科學猜測(如愛因斯坦的相對論)都沒有遇到太大挑戰(zhàn)，很難理解有什么理論可以替代它們。

膨脹理論的自然延伸

實際上，許多物理學家都認為，永久膨脹是膨脹理論的自然延伸，膨脹理論曾經揭開了與宇宙大爆炸理論初始版本有關的一些謎團。根據(jù)宇宙大爆炸最初的模型預測，如今處于宇宙遠端兩個不同方向的一組組物質相距太遠，導致相互之間不能接觸。這意味著，早期宇宙的外形應該屬于塊狀。

此外，根據(jù)我們所處宇宙現(xiàn)在的膨脹速度，其整體外形應該隨時間變成弧形。同時，造物的最初瞬間應該令宇宙充滿了稱為磁單極子的穩(wěn)定重粒子。然而，過去幾年對宇宙大爆炸輻射物殘骸的觀測卻得出一個截然相反的結論：早期宇宙狀態(tài)始終如一，當前宇宙外形是扁平的，對磁單極子的觀測從來都不具有決定性。

傳統(tǒng)膨脹理論的解釋是，宇宙在誕生后不久經歷了急速膨脹期，最終產生了一個今天我們所看到的扁平、整體上一致的宇宙。永久膨脹是膨脹理論的下一個階段，它使得科學家可以避開其他一些棘手的宇宙學問題，例如在我們的宇宙存在以前還有什么(答案是其他宇宙)，我們的宇宙為何具有適于生命存在的特性(答案是一切皆有可能)。

澳大利亞國立大學天體物理學家查爾斯·林尼韋弗(Charles Lineweaver)說：“雖然沒有一種理論去解釋宇宙的最早期狀態(tài)，但我們對這種理論的基礎具有相當深刻的認識，這些認識似乎無一例外包括其他宇宙。”林尼韋弗沒有參加布索團隊的研究。林尼韋弗說：“舉例說，我們的理論假設一個沸騰熱水壺的存在，而我們的宇宙就源于熱水壺底的一個水泡。這一理論充分說明其他水泡的存在，因為當開水煮沸時，從來不是只有一個水泡。”

50億年內到達“截點”

正如平行宇宙中概率所固有的問題，永久膨脹論仍難稱完美。據(jù)布索介紹，如果這些概率在一個平行宇宙中起作用，那一定是實實在在的截點令各個宇宙走向結束。布索的研究團隊稱，根據(jù)用于計算截點的方程式，一個擁有137億年歷史的宇宙將在50億年內到達“截點”。對于大多數(shù)人來說，用數(shù)學工具去解釋現(xiàn)實世界發(fā)生事件的觀點，或許聽上去有些奇怪，但在物理學領域這些事情都有其先例。

奧盧姆舉例說，曾經有一段時間，許多物理學家堅持一種概念，即質子——具有正電荷的亞原子粒子——本身是由稱為夸克的更小粒子構成的。從數(shù)學上講，夸克有助于解釋原子核中所謂的強作用力，而在現(xiàn)實世界中，它們則有助于解釋發(fā)現(xiàn)于加速器中的奇異粒子“動物園”。奧盧姆說：“人們曾說，這種質子中存在粒子的看法永遠站不住腳。長期以來，人們認為夸克僅僅是一種有用的計算工具，但他們確實不相信夸克。今天，每個人都認為夸克是真正的基本粒子。”

布索和同事指出，同理，如果理論家相信永久膨脹理論，他們有兩種選擇，要么必須相信截點不是計算概率的有效方法，要么相信截點是真實發(fā)生的事件，可以預測時間的盡頭。布索的研究小組表示，現(xiàn)實世界的截點形態(tài)以及時間盡頭的構成方式，目前都是未解之謎。如果真實存在，可能也是突然發(fā)生、難以預料的事件。即便人類將來可以看到截點，我們也幾乎肯定從地球上看不到。

科學家認為，太陽(如今是一顆具有45.7億年歷史的“中年”恒星)將在大約50億年內步入生命盡頭。到那時，太陽將耗盡核心的燃料，開始褪下氣體外層，慢慢膨脹變成紅巨星，最終成了一個行星狀星云。在這一事件中，地球會遭遇怎樣的命運尚不得而知，但鮮有科學家認為地球生命會在太陽死亡事件中幸存下來。

宇宙終結存在諸多猜想

雖然澳大利亞國立大學天體物理學家林尼韋弗也認為，計算永久性平行宇宙的概率存在重重障礙，但他并不認為預測現(xiàn)實世界的截點是解決問題的辦法。林尼韋弗說：“我從不完全排除任何事件的可能性，但我不會認真看待這個觀點。相反，我會更為嚴肅地對永久膨脹理論背后的種種猜測提出質疑。”

奧盧姆也認為，物理學家不應接受這樣一種觀點，即時間走向結束是不可避免的。他說：“沒人清楚永久膨脹為何是錯誤的，同時也沒人清楚為何時間也會走向結束。對我來說，這些事情都處于同一起跑線上。”除了膨脹論，宇宙如何終結在物理學上還具有其他許多的理論。

例如，按照“大坍縮”(big crunch)理論，宇宙當前的膨脹趨勢會顛倒，最終縮小變成一個黑洞。另外還有“熱寂”(heat death)理論，即宇宙會永遠膨脹下去，直至到達一種熱平衡狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，任何事情都不能發(fā)生。除此之外，還有一種稱為“大裂口”(big rip)的理論，根據(jù)這一理論，宇宙的加速膨脹最終會將所有物質一個原子接一個原子地撕裂。

如果永久膨脹理論被證實是正確的，那么即便在我們的宇宙停止運轉之時，更大的平行宇宙的運轉仍會繼續(xù)。奧盧姆指出，無論哪種假想理論最為可信，“都沒有必要去推銷你的觀點，因為宇宙將在50億年內走向滅亡。不管怎樣，我們還有足夠的時間去找出真正的答案。”