物理学家曾言：宇宙将在约 200 亿年后以“大坍缩”的方式终结

宇宙真的会在大约200亿年后走到尽头吗？如果会，它为什么不是在寒冷与黑暗中慢慢熄灭，而是以“大坍缩”这种剧烈的方式收场？

这些问题要从“暗能量正在减弱”这项发现说起。暗能量变弱，意味着宇宙加速膨胀的势头正在放缓。

顺着这条线索推演，就会出现一个疑问：宇宙会不会有一天停止膨胀、转而收缩，最终走向大坍缩？不久前，预印本网站arXiv上的一篇论文给出了肯定的回答，研究人员还算出了具体时间：宇宙可能只剩下不到200亿年。

这项研究由康奈尔大学文理学院荣休物理学教授、霍勒斯·怀特讲席教授泰亨利（Henry Tye）主导。他利用最新的暗能量观测数据，更新了一个包含“宇宙学常数”的理论模型，由此推算出宇宙的总寿命。

这项结论之所以受到关注，不只是因为它给出了一个具体年份，更因为它让一个一度被认为已经过时的宇宙结局重新回到人们视野中。

大坍缩并不是新观点。早在爱因斯坦的年代，宇宙膨胀就已为人所知。

埃德温·哈勃通过观测发现，几乎所有遥远星系都在远离我们，这说明宇宙正在膨胀。不过当时人们普遍认为，在宇宙万物相互引力的牵制下，这股膨胀势头会随时间逐渐减慢，所有天体和物质终将重新聚拢在一起。

到了那时，宇宙就会迎来最终结局，也就是大坍缩，又称“大挤压”。大坍缩发生时，描述宇宙大小的尺度因子会归零，宇宙中的一切不再有任何间隔。

整个宇宙会像黑洞中心的奇点那样，把所有物质挤压到一个点上。在那之后，宇宙或许还会开启新一轮大爆炸，重新演化出时间、空间和物质。

这种观点一直流行到上世纪末，直到暗能量被提出。1998年，两个独立研究团队通过观测遥远的超新星发现，宇宙的膨胀不但没有减慢，反而在不断加快。

这一发现获得了2011年诺贝尔物理学奖，“暗能量”这个推动宇宙加速膨胀的神秘成分，也从此成为天文学教科书里的常客。

暗能量被提出后的二十多年里，科学家一直认为它的强度是恒定的：有多少空间，就有多少暗能量。随着新空间不断产生，暗能量的总量也随之增加。

在正常情况下，这会让宇宙永远加速膨胀下去。于是，宇宙的命运就从大坍缩改写成了“大冻结”或“热寂”，一个越来越空旷、越来越寒冷的未来。

大冻结和热寂其实相近。大冻结是从天体和温度的角度来说的：所有恒星燃尽，天体逐渐冷却，整个宇宙慢慢接近绝对零度。

热寂则是从热力学和能量的角度来说的：宇宙达到熵最大的终极状态，所有能量都无法再做功。一个侧重过程，一个侧重结果，描绘的却是同一条不归路。

然而今年年初，暗能量巡天（DES）和暗能量光谱仪（DESI）这两个大型天文项目给出了出人意料的结果：暗能量的强度可能并不恒定，而是在缓慢下降。

这一结果的统计置信度达到4.2西格玛，虽然尚未达到物理学公认的5西格玛“黄金标准”，但在天文学领域，已经足以引起研究者的高度重视。

如果暗能量真的在减弱，宇宙的命运就可能重新指向大坍缩。泰亨利的研究正是在这一背景下展开的。

他所依托的“宇宙学常数”概念，最早由爱因斯坦引入广义相对论方程，用来描述空间本身具有的能量。如今，这个历经百年沉浮的概念，又一次站到了讨论宇宙终局的中心位置。

那么，不到200亿年的倒计时是怎么算出来的？研究人员提出了一个“轴子暗能量模型”。

在传统模型中，暗能量是恒定不变的；而最新观测表明，暗能量正在变弱，说明它很可能是动态的。因此，研究人员在传统框架上加入了一种会随时间变化的成分，也就是一种被称为“轴子”的假想粒子。

轴子最初是为了解决粒子物理中的CP守恒问题而提出的，它的质量极小，大约只有电子的5000万分之一到5000亿分之一。同时，它的电荷和自旋都为零，几乎不与普通物质发生作用，因此也曾被视为暗物质的候选粒子。

研究人员采用的是其中质量格外微小的“超轻轴子”。

这种超轻轴子构成一种动态场。当它的质量远小于描述宇宙膨胀速度的哈勃参数时，轴子就处于类似冬眠的状态，能量保持稳定，对暗能量的影响也是固定的。

随着宇宙膨胀，物质和能量不断被稀释，哈勃参数逐渐变小。当它降到与轴子质量相当时，轴子便开始“苏醒”。

轴子苏醒以后，它的能量密度会逐渐转化为类似物质的密度，并随着宇宙尺度的变化而衰减，对暗能量的贡献也就不再固定。

说得简单些，研究人员把暗能量拆成了两部分：一部分是传统意义上的宇宙学常数，可以理解为空间自带的膨胀属性；另一部分则是轴子贡献的能量。

轴子有点像一根弹簧。早期被“冻住”时，它的表现和传统暗能量一样，使整体呈现出正的宇宙学常数，推动宇宙加速膨胀。

随着宇宙不断膨胀，解冻后的轴子慢慢释放能量，叠加之后的有效宇宙学常数便会逐渐降低，最终变为负数。一旦越过这个界线，宇宙的走向就会被彻底扭转。

有意思的是，弦论也认为，自然界更偏好负的宇宙学常数。按照这种思路，目前宇宙学常数为正，只是因为我们恰好生活在一个暂时偏离平衡的阶段，宇宙最终仍会回到负宇宙学常数的状态。

而负的宇宙学常数意味着，空间本身会产生一种向内的拉力，宇宙的寿命因此是有限的。

研究人员用模型参数的最佳拟合结果算出，宇宙的总寿命约为333亿年。减去目前约138亿年的宇宙年龄，未来大约还剩195亿年。

按照研究结果，宇宙还将继续膨胀约110亿年，随后转入收缩。照此计算，宇宙正处在一生的中段附近，借用人的年纪来比喻，或许已经走到了“不惑之年”。

如果宇宙真的步入暮年并开始收缩，尺度因子会逐渐变小并趋近于零。原本相互远离的星系将转而相互靠近，彼此碰撞、合并、挤压在一起。

如此多的质量汇聚到一处，必然会催生出一个极其巨大的黑洞。它会不断吞噬周围的物质，直到吞下整个宇宙，最终塌缩成一个单一的奇点。

那么接下来，宇宙会不会重新大爆炸？下一个宇宙会不会重演此刻的一切，甚至同样有人在读着同样的文字，就像“庞加莱回归”所描述的那样？从理论上讲，尺度因子确实可能具有周期性，宇宙或许会在一次次膨胀与收缩之间往复，这也是“循环宇宙”设想的由来。

但需要注意的是，这种周期性只针对尺度因子，也就是宇宙膨胀本身，并不等于整个宇宙在原样循环。一个周期结束时，宇宙中的物质结构早已被彻底摧毁，下一个周期的物质组成可能与现在完全不同。

因此，即便真有“下一个宇宙”，它也会是一个与当前宇宙截然不同的全新世界。

当然，这些目前都还只是猜想，毕竟轴子至今仍未被探测到。研究人员也强调，结论能否成立取决于两点：一是近期这一系列暗能量观测结果是否可靠，二是轴子暗能量模型是否有效。

前者虽然代表了目前最精确的测量，但置信度尚未达到5西格玛，仍需更多数据进一步证实。

就后者而言，这个新模型目前是针对“暗能量减弱”的观测结果专门调整出来的，它能否与宇宙已知的膨胀历史完全相容，还需要更严格的检验。

换句话说，333亿年这个数字依赖于特定模型和最佳拟合参数，一旦观测数据或模型设定发生变化，倒计时的长短，甚至宇宙的结局本身，都可能随之改变。

好消息是，包括欧几里得空间望远镜在内的多个暗能量观测项目即将陆续展开，它们将以更高精度描绘宇宙的膨胀历史。如果后续观测进一步支持暗能量正在减弱这一发现，轴子模型也经受住检验，人类对宇宙命运的认识就可能再一次被改写。

回顾这段历程，宇宙的结局几经反转：从引力主导下的大坍缩，到暗能量推动下的大冻结与热寂，再到如今因暗能量减弱而重新浮现的大坍缩。泰亨利团队给出的约200亿年倒计时，并非确定的预言，而是基于最新数据的一次大胆推算。

宇宙究竟会走向冰冷还是坍缩，答案仍藏在未来的观测之中。