进化发展还是循环

由于引力的存在，膨胀的宇宙不会走向热寂，但它的未来却并非一种前途。按照现代宇宙学理论，一个膨胀着的宇宙既可能无限膨胀下去，也可能膨胀到一定程度开始收缩而形成一个胀一缩循环的无限过程。

什么决定着宇宙的未来

在爱因斯坦的宇宙方程中，包含着一个宇宙常数Λ。它并不是爱因斯坦广义相对论的一个自然结果，而是考虑到宇宙整体作为宇宙学研究对象而引进的。对于宇宙方程的诸多数学研究为宇宙的未来行为提供的判据，可依Λ 的三种数值予以叙述。

第一种情况，Λ＜0。在这种情况下，宇宙只以胀一缩的方式往复循环，别无它途。

第二种情况，Λ＝0。在这种情况下，宇宙的未来行为由宇宙物质的相对密度Ω0 决定。相对密度为平均密度ρ0 与临界密度的比，即Ω0＝ρ0/ρc 。对应于Ω0≤1，宇宙将无限地膨胀下去；而对应于Ω0＞1，宇宙则处于胀一缩的循环运动中。

第三种情况，Λ＞0。在这种情况下，当Λ＜ΛE（某一值）时，宇宙将

取胀一缩的运动方式，余皆为无限膨胀的方式。

无限膨胀的宇宙通常称为”开放的宇宙”，而往复胀一缩的宇宙则称为“封闭的宇宙”。宇宙究竟是开放的还是封闭的或只决定于宇宙数Λ的值，或决定于Λ和Ω0 两者的值。

我们现在能够预言宇宙的未来吗

现在的宇宙学理论多采取Λ＝0 的宇宙解，所以判断宇宙未来是走向开放还是走向封闭，取决于对Ω0 的认识。

现在的观测资料表明：宇宙间发光天体贡献的物质平均密度ΩL ≈ 0.007，星系周围的暗晕贡献的物质平均密度ΩH≈0.07～0.10，星系团附近的物质对平均密度的贡献ΩH≈0.10～0.30，三者之和的总贡献约为Ω0≈0.2 但是这没有包括星系团以上的大尺度天体，1980 年以来以星团动力学理论为基础的大尺度观测推断的结果是远远大于此值的，Ω0≈l±0.30。这表明，在误差范围内，Ω0 既可能大于 1 也可能小于 1。

因为宇宙大部分天体是不发光的，如太阳系中行星和卫星都不发光，这给测量宇宙物质平均密度带来很大困难。由星团动力学方法测定的结果与光度学方法推算的结果相差悬殊。星团动力学理论上估计Ω0≈1，但观测到的发光天体连同可能发光的天体估计在内，其质量贡献的总和还不及宇宙总质量的 1％。那些看不见的质量究竟是由什么组成的尚不十分清楚。随着天体尺度增大而增大的“暗物质”，可能是弱的红星、行星、黑洞，也可能是某种亚原子粒子、重子和非重子，它们只参与引力和弱力作用，而不参与相互作用。探测暗物质分布的努力，包括使用光学望远镜、红外和 X 射线天文卫星以及引力透镜，可望在未来有更精确的结果。

预言宇宙的未来的困难，不只是“观测”的问题，也许当前更重要的是理论上的问题。现在的宇宙学在理论上并没有完全实现宇宙整体性的要求，而这种整体性要求是现代宇宙学的出发点。现代宇宙学中宇宙的整体性是以下述几条基本原理为保证的：第一，宇宙在大尺度上和长时间，其性质是均匀、各向同性的，即宇宙学原理；第二，宇宙中的时空和物质是相互联系的，这由爱因斯坦的广义相对论来保证；第三，宇宙中的局部行为与整体相关，即爱因斯坦一赫原理，主要表现为宇宙常数Λ的存在；第四，物理学定律在

宇宙整体范围适用，即自然规律的普适原理。问题是现在的标准宇宙模型放弃了宇宙常数，即令Λ＝0。

诚然，爱因斯坦等人后来也受影响放弃了宇宙常数，但现在可能要重新认识这个问题。宇宙常数是否为零、本质上是真空是否有能量的问题，经典真空被界定为没有物质的状态，因而真空能应为零。然而量子场论视真空为场的基态，以场论估算的各种因素对空间能密度的贡献高出宇宙学观测事实所能接受的上限几十个量级。Λ＝0 的标准宇宙模型可能不对，或许作为空间（基态场）能量—动量张量系数的Λ是不能为零的。

宇宙循环论

历史循环论是不可取的，但宇宙循环论却是可以接受的。往复胀—缩的宇宙循环模式很可能就是我们生活于其中的宇宙的基本运行方式。早在 19 世纪恩格斯（1820—1895）就针对宇宙热寂说提出宇宙大循环的概念。他在1875～1876 年写下的《自然辩证法》①导言中，用相当多的文字讨论了宇宙大循环问题。他从“一切产生出来的东西，都一定要灭亡”这一铁的定律说起，认为经过多少亿年，或多少万代生了又死了，终有这样的一天会无情地到来，那时太阳放出的热不再足以维持地球上的生命，地球也像其他行星一样变成一个死寂的世界，绕着冰冷的太阳旋转，而且所有其他星系最终也将遭到和太阳系同样的命运。但他确信运动的转化会使这种死亡获得新生。他猜测放射到太空中的热一定会通过某种途径转变为另一种形式，使已死的太阳重新转化为炽热的星云。他推断说：

这是物质运动的一个永恒的循环、这个循环只有在我们的地球年代不足以作为量度单位的时间内才能完成⋯⋯在这个循环中，物质的任何有限的存在方式，不论是太阳或星云，个别的动物或动物种属，化学的合成或分解，都同样是暂时的，而且除永恒变化着、永恒运动着的物质以及这一切物质运动和变化所依据的规律外，再没有什么永恒的东西。但是，不论这循环在时间和空间中如何经常地和如何无情地完成着，不论有多少百万个太阳和星球产生和灭亡，不论要经历多么长时间才能在一个太阳系年而且只在一个星球上造成有机生命的条件，不论有无数的有机物一定产生和灭亡，然后具有能思维的脑子的动物才从它们中发展起来，在一个短时间年找到适于生活的条件，然后又残酷地被消灭，我们还是确信：物质在它的一切变化中永远是同一的，它的任何一个属性都永远不会丧失，因此，它虽然在某个时候一定以铁的必然性毁灭自己在地球上的美丽的花朵——思维着的精神，而在另外的某个地方和某个时候又以同样的铁的必然性把它重新产生出来。

恩格斯的宇宙循环假说既像是给老子关于“道”的“独立不改。周行不

殆”作注释，又像是为现代宇宙学的“胀—缩”模式提供先知。

现代宇宙学中的宇宙胀—缩模式把进化的发展和退化的发展统一在一个循环过程之中了：膨胀是进化的发展，而收缩则是退化的发展，只有两者的结合才是宇宙的完整过程。

① 恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1984 年版。