上世紀(jì)90年代以前,人們以為宇宙是一輛剎車的車:大爆炸后的膨脹會(huì)逐漸變慢,最終要么停在某個(gè)臨界點(diǎn),要么被引力拉回原點(diǎn)(即“大坍縮”)。但1998年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹居然在加速,被人踩了油門而不是剎車。這個(gè)油門,就是暗能量。
暗能量占宇宙總能量的68.3%,它不像普通物質(zhì)那樣互相吸引,恰恰相反,反而像一股無(wú)形的推力,把星系越推越遠(yuǎn)。但它的脾氣到底如何?是恒定不變的老頑固,還是隨時(shí)間變化的變色龍?這個(gè)問(wèn)題,直接關(guān)系到宇宙的未來(lái)。
宇宙三種結(jié)局:熱寂、撕裂、坍縮
熱寂(大凍結(jié)):宇宙的慢性死亡
如果暗能量能均勻溶解在宇宙中(即狀態(tài)方程w=-1),它會(huì)持續(xù)推動(dòng)宇宙膨脹。但膨脹不是無(wú)限的,恒星會(huì)耗盡燃料,黑洞會(huì)蒸發(fā)成微弱輻射,最終宇宙變成一鍋冰冷的熱力學(xué)濃湯。沒(méi)有能量差,沒(méi)有生命,連黑洞都消失后,宇宙將陷入永恒的寂靜。
大撕裂:暗能量的黑化
如果暗能量不安分,它的密度會(huì)隨時(shí)間飆升(w<-1),最終崩斷。宇宙膨脹速度會(huì)快到連時(shí)空本身都被撕碎:星系先散架,接著行星脫離軌道,最后連原子都被扯成基本粒子。這種結(jié)局被稱為大撕裂,時(shí)間可能在1000億年后到來(lái),這個(gè)遙遠(yuǎn)的未來(lái),但在宇宙尺度上,不過(guò)是彈指一揮間。
循環(huán)坍縮:宇宙的重生
另一種可能是暗能量逐漸減弱,引力反超后把宇宙拉回大坍縮。所有物質(zhì)重新壓縮成奇點(diǎn),再引發(fā)新一輪大爆炸,宇宙的鐘擺將循環(huán)往復(fù)。但這需要暗能量從推手變成拉手,目前觀測(cè)數(shù)據(jù)更傾向它保持穩(wěn)定或增強(qiáng),所以這種結(jié)局概率較低。
2025年,中國(guó)科學(xué)院趙公博團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際研究,利用暗能量光譜儀(DESI)發(fā)現(xiàn):暗能量的狀態(tài)方程參數(shù)w≈-1.03,且在45億年前達(dá)到峰值后開始減弱。有可能它可能并非愛(ài)因斯坦預(yù)言的宇宙學(xué)常數(shù),而是一種動(dòng)態(tài)能量。
如果暗能量真在偷懶,宇宙膨脹的加速可能放緩,甚至轉(zhuǎn)向收縮。但是,目前數(shù)據(jù)僅3.5σ置信度(接近但未達(dá)物理學(xué)5σ標(biāo)準(zhǔn))。
總有人覺(jué)得,“宇宙結(jié)局離我們太遠(yuǎn)了,研究它有什么意義?”其實(shí),暗能量本質(zhì)關(guān)系著物理定律的根基。如果它真是動(dòng)態(tài)的,現(xiàn)有理論框架可能需要徹底改寫,如果它恒定不變,我們或許能更安心地規(guī)劃星際移民。探索宇宙命運(yùn)的過(guò)程,本身就在刷新人類認(rèn)知邊界,旅行者一號(hào)飛出太陽(yáng)系時(shí),我們才真正意識(shí)到地球不過(guò)是個(gè)暗淡藍(lán)點(diǎn)。
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