一直以來,人類都以為宇宙是永恒的,說白了就是宇宙是一直存在的,宇宙不會隨著時間的流逝而發生大的變化。按照這個理論,宇宙就應該是無始無終的,也就沒有最終命運了。放眼整個科學史,不少學者都在堅守這個信念。
牛頓在提出萬有引力定律時,萬有引力定律就與這個觀念是相互矛盾的,這是因為按照萬有引力定律,宇宙應該會在引力的作用下向在中心收縮,可是人類并沒有觀測到這個現象的存在。為了解決這個問題,牛頓就提出宇宙是無限大的,宇宙處處都是中心,處處引力都是動態平衡的。
同樣的,物理學界的另外一個大神愛因斯坦也遇到了同樣的尷尬的境地。愛因斯坦提出廣義相對論時,在整個廣義相對論的理論有一個描述宇宙的方程,也被稱為廣義相對論的引力場方程。
愛因斯坦在一開始推導出這個方程時,他就發現這個方程預示著宇宙應該是在隨著時間膨脹的。而愛因斯坦認為這是不符合他的宇宙觀的。于是,他就在這個方程當中加入了一個宇宙學常數,只要這個常數合理取值,宇宙可以處于靜態,不隨著時間的流逝而變化。
物理學史最偉大的兩位科學家都認為:宇宙是靜態的。那是不是意味著這就是事實呢?
答案顯然是否定的,在愛因斯坦提出廣義相對論沒多久,他就慘遭打臉,這也就意味著宇宙應該是動態的,宇宙應該是有終局的,那具體是咋回事呢?
在愛因斯坦認為宇宙是靜止的時,一些學者就提出了他們的不同觀點,比如:弗里德曼,勒梅特,他們認為愛因斯坦這么做是不科學的。尤其是勒梅特,他認為宇宙應該是隨著時間的流逝而膨脹的,并且根據這個進行倒推,宇宙應該是誕生于一個炙熱的起點。
不過,勒梅特只是在理論上對此進行闡述,到底是愛因斯坦還是他對了還很難說,畢竟科學理論是需要實證的。勒梅特發表論文后第二年,有一位天文學家哈勃發表了一篇震撼整個天文學界的論文。哈勃一直在觀測銀河系的天體,他就發現,銀河系外的星系都在離我們遠去。那這能說明什么呢?
要知道,如果是星系自己在動,那應該有的星系在向我們靠近,有的在遠去,而不是都在向我們遠去。這只能說明一點,那就是空間整體在膨脹,所以星系才會都在離我們遠去,就好比我們吹大一個氣球一樣,星系就好比氣球表面的小點,當氣球變大時,小點之間的距離也在拉大。
通過哈勃的觀測結果,我們就可以知道,愛因斯坦這次真的錯了,宇宙是在隨著時間的流逝而膨脹。據說愛因斯坦也曾經說給廣義相對論場方程加宇宙學常數是他一生中犯過最大的錯誤。既然宇宙會隨著時間的流逝而發生改變,那宇宙的終局應該是什么樣呢?
在哈勃的觀測之后,科學家就基于愛因斯坦宇宙學方程,哈勃的觀測結果等科學家的研究成果,建立起了標準宇宙模型。這個模型可以描述宇宙的演化。后來,標準宇宙模型后來不斷發展,科學家發現宇宙中還存在著兩種我們看不到的物質,一個叫做暗物質,一個叫做暗能量。其中暗物質起到的是引力的作用,而暗能量起到的是斥力的作用。物質之間的比例其實就會影響到宇宙的未來。
但是由于我們無法直接觀測暗物質和暗能量,因此我們還可以根據標準宇宙模型進行推導,就得到一個結論:影響宇宙未來的演化主要取決于物質密度。
如果宇宙的密度高于臨界密度,宇宙就會向中心擠壓,宇宙就會熱死亡。在整個條件下,宇宙的終局對應了三個結果,一個就是大擠壓,宇宙空間收縮成一個奇點,如果那個時候還有生物,那么這些生物大概率就是被熱死或者壓死。
有的科學家還認為,這個擠壓的力非常大,可能還會觸發大爆炸,這種終局叫做大反彈。基于這樣的認知,有的科學家甚至提出,宇宙可能就是在“大爆炸-大擠壓”的循環往復中演化。
如果平均密度小于或者等于臨界密度,那宇宙對應的就是冷死亡。在這種情況下,宇宙就會一直膨脹下去,最終宇宙的原子結構都會被拉扯開,物質都無法構成,這也被稱為大撕裂。
在冷死亡的這結局中,還有一種是基于熵增定律推導出來的,這個終局叫做熱寂說。說的是宇宙最終處處溫度相等,不再有熱傳遞,也就沒有信息傳遞,宇宙像一潭死水,陷入一片死寂。
那宇宙的終局是這五種結局中的哪種呢?
目前我們測到的宇宙密度大概是小于或者接近于臨界密度,也就是說,按照目前的宇宙物質密度情況,宇宙的終局應該是對應著冷死亡的那2種。不過,這里要說明一點,宇宙的平均密度是動態變化的,這個參數會發生什么變化還很難說。