结束语 宇宙的命运

从彭齐亚斯和威尔逊的发现开始，20 世纪最后的 30 多年是宇宙学发展史上获得辉煌成就的年代。我们已能探测到更遥远的空间和回溯到更古老的年代，这是几十年前，任何人都难以想象所能达到的时空领域。我们确实已站立在比以前任何年代能得到更深奥、更丰富的宇宙知识的门槛上了。

由于科学家们多年来的不懈探索，对于宇宙深处的真实情况我们已经知道了不少。首先，我们已知道宇宙曾经有一个时刻非常之热并且是难以想像的小。其次，当宇宙很年轻时，我们推测它是均匀的，或者是不知何故，任何一个大的不规则在暴涨时期被平滑掉了。但不管整个宇宙如何地匀称，其中一定点缀着星系祖先的微小种籽。

在过去年代的某一时刻，简单的原子形成了，宇宙辐射能自由地在空间传播（最终，这种辐射的图像被彭齐亚斯、威尔逊、施穆特和其他一些人绘制了出来），新产生出来的原子及时地聚集在宇宙的较密区域——可能是充满大质量暗物质的区域，热物质的巨云凝聚成星系、星系团及超星系团——宇宙结构形成了。与此同时，更大的宇宙结构，如宇宙气泡、纤维和空洞以及突出的宇宙长城开始成形。当宇宙不断地膨胀时，这些天体也一直不断地相距越来越远，而背景辐射也越来越冷。

很快，恒星在星系中诞生。第一代恒星——星族Ⅱ恒星——主要是由氢气形成的。当它们死亡时，常出现凶猛的爆发，从它们的灰烬中诞生出较年轻的星族Ⅰ恒星。其中的一些形成了行星系统。一部分行星系统支持智慧生命的繁衍。这些行星中的一个叫做地球的，你正稳坐在它上面阅读这本宇宙编年史。

科学家们有正当理由自信上面叙述的这些事件中的大多数确实发生 过。基于 30 多年来天文学家和物理学家搜集到的证据，特别是关于宇宙微波背景的信息以及关于今天已知基本粒子数的数据，可以说对宇宙创生大爆炸的情景已有相当的了解。

但是，天文学家认为，在他们了解宇宙起源的同时，对于宇宙今后的命运他们还难以捉摸。宇宙是开放的、闭合的还是平直的（这些是在第六章讨论弗里德曼模型时所揭示出来的三种可能性）？换句话说，宇宙将一直膨胀下去呢，还是膨胀片刻然后在某一天又开始收缩，还是总在以上两种极端情形之间摇摆？

如果宇宙是开放的或平直的，其最终的命运将是一个绝对寂静的结 局。渐渐地，随着宇宙不断地膨胀，越来越多的恒星将耗尽它们的核燃料而成为白矮星、中子星及黑洞。白矮星最终将完全燃尽成为一个死寂的叫做黑矮星的天体。最后，随着最后一批发光恒星的死亡和通过霍金辐射（见第四章）的黑洞蒸发，空间没有了可用的能量，没有了恒星能源的驱动力

或来自任何其他燃料源泉的能量。所有的物理过程都到了完全停止的时刻。这一最后状态，叫做热寂，将构成时间本身的终结。

如果宇宙是闭合的，则是另一番景象，其苍白的年代将更具戏剧性。在未来的某一时刻，哈勃膨胀将停止，转而成为普遍收缩。当空间本身向里收缩时，天空所有的星系都将逆转它们的行程，转为互相接近。最后， 在一个极相似于时间反转的大爆炸事件中，宇宙将聚缩为一个奇异性的大小为数学点的区域。

理论工作者已经证明这几种不同的可能性可由参数Ω来描绘。这一参数表示宇宙中之质量相对于宇宙重行坍缩所需的临界质量之比。目前，天文学家有好几种测定Ω之值的方法。

方法之一是估计宇宙中的发光物质和暗物质各有多少。研究人员已确知单靠发光物质是不足以使宇宙闭合的。其次，根据现在对暗物质的发现， 存在于空间中的暗物质的量也不能满足平直的或闭合的宇宙之需要。这些结果导致宇宙是开放的结论。

但从这些考虑便得出宇宙最终命运的结论仍为时过早。第一，对不发光物质的研究尚在起步阶段。而且天文学家正在用已收集到的新数据对暗物质的性质和数量的估计进行修正。今后，每重新评估一次，对暗物质的质量估计便会前进一步。

况且，这种计算Ω之值的方法有赖于宇宙临界质量的精确测定。虽然感到遗憾的是，临界质量参数是哈勃常数的函数。因为天文学家尚未钉牢哈勃常数，临界质量是多少也难以肯定。

为了排除这些障碍，一个由加利福尼亚大学伯克利分校的珀尔马特

（Saul Perlmutter）、彭尼帕克（Carl Pennypacker）和戈德哈伯（Gerson Goldhaber）领导的英—美科学家小组，将另辟蹊径寻找Ω之值。他们寻找的是一个与Ω有关的常数，叫做减速因子的数值。该因子的定义为宇宙膨胀速度随时间而变化的变化率。对于一个弗里德曼宇宙来说，该因子之值正好等于Ω的一半。因此，减速因子之值小于 1/2、等于 1/2 和大于 1/2， 分别表示宇宙是开放的、平直的和闭合的。

英—美小组的测试方法，包括应用位于非洲西北海岸加那利岛上的聚光本领较强的、以牛顿的姓名命名的望远镜来测量遥远超新星爆发时的红移和距离。他们研究的超新星相当地遥远，其光线到达地球要经过几十亿年。因此，这类天体体现宇宙历史的较早时期——一个可假定为不同于今天的哈勃膨胀的时期。英—美小组希望能记录下这一差异，计算出减速因子，然后用此值去预测宇宙的命运。

当代天文学家们时常发现他们自己陷进稀奇佯谬的网中。他们按照广义相对论分析宇宙所含物质的分布情形来预测宇宙的命运。但是为了要明白这些物质是如何分布的，他们又时常做出关于宇宙长期行为的一些假设

——它是开放的、闭合的、还是平直的。例如，暴涨学说要求今日的宇宙

是平直的。

为了摆脱这一困境，研究人员学会更虚怀若谷地对待宇宙的形状和结构问题——避开所有关于大爆炸性质的不必要的假设。许多人转变到宇宙的“设计者模型”，该模型把目前对宇宙年龄的估计、结构的等级式和物质分布三者没有矛盾地结合起来。这些新奇的学说特别适合于调和现在知道的宇宙学的数据。但这些学说时常偏离弗里德曼模型，潜藏着不寻常的特色，如爱因斯坦抛弃掉的宇宙常数项。只有将来的实验，才能说明这种从根本上的离开弗里德曼模型是否是必要的。

现在，的确是一个研究宇宙结构的激动人心的时代。一方面，近年来在对恒星、星系和其他天体的研究方面取得了长足的进展，好像 HST 差不多每几个星期都有新的发现。另一方面，像年龄问题、暗物质的窘境、大吸引体之谜和宇宙的命运等等问题使得一般自信的科学家们感到困惑。对宇宙越熟悉，感到它越古怪。这就足以使你希望抓住一台望远镜，步入夜空，亲自去看看宇宙在发生些什么事情。