第18章 世界末日

关细节需要修正。

正如我们在前文中讨论的，一旦物质密度降到真空能量密度以下，宇宙膨胀就开始加速，任何引力集聚都将在那时停止。已经由引力结合在一起的星系团将幸存下来，但是松散的星系群将被真空的斥引力所分散。

我们的银河系属于所谓的本星系群，其中包括巨型旋涡星系仙女星系和大约20个矮星系。仙女座正在与银河系相向运动，二者将在大约1 000亿年后合并。本星系团之外的星系都会飞快地离开，速度越来越快，它们将一个接一个地穿过我们的视野，消失在远方，这一过程将在几千亿年后完成。在那个遥远的年代，天文学将成为一门非常枯燥的学科。除了由银河系、仙女星系以及矮星系联合形成的巨大星系外，天空中将空无一物。我们应该尽情欣赏天空中的天文现象，趁它们还在的时候！

最后的审判

如果宇宙学常数真的是一个常数，我们对于宇宙的预测就能完成了。但是正如我们所知，有充分的理由相信，真空能量密度取值的变动范围非常大，在宇宙中的不同区域有不同的取值。在某些区域中，这一数值是大的正数，另外一些区域中的取值是大的负数，只有在极少部分区域内它接近零，也只有在这些极少的区域中，才会产生生命来关心到底什么是宇宙学常数。

由此可见，我们在这里观测到的数值并不是最低的可能能量密度，而且，在未来它还将不可避免地变得更低。以林德的模型为例，真空能来源于一个标量场，其能量函数极其平缓（见图13.1），以至于在大爆炸后的140亿年内，标量场几乎没有变化。但是场最终还是会沿着函数滚下，而宇宙加速也将开始变缓。到某一时刻，标量场会低于零，即能量密度取值为负，而负的真空能表现为相吸的引力，所以此后不久宇宙就将停止膨胀，而开始收缩。

另一种场景来自弦论的景观。从经典物理学出发，我们的真空是稳定的，具有恒定的能量密度；但是从量子力学的角度，它可以通过宇宙泡成核而发生衰变。负真空能的宇宙泡偶尔会突然出现，并以接近光速的速度迅速膨胀。就在此时，或许就有宇宙泡的泡壁向我们冲来，不过我们不会看到它的到来，因为它移动得太快了，光也不会比它快多少。但是一旦被泡壁击中，我们的世界将被完全毁灭，组成恒星、行星、甚至我们身体的粒子都无法在新的真空中存在，所有我们熟悉的事物都将被立即摧毁，变成一些由陌生物质组成的团块。

不管怎样，我们本区域内的真空能量最终将变为负数，随后该区域将开始收缩并最终形成大挤压。变化发生的具体时间很难预测。一方面，宇宙泡的成核率极低，因此我们所在的区域很可能要经过10100年的时间才会被泡壁撞上。而另一方面，在标量场的模型中，世界末日的时间取决于能量函数的斜率，这个时刻可能在200亿年后就会到来。

马丁·里斯和唐·佩奇等人研究了遥远未来宇宙中的物理过程。更通俗的综述请参见由Paul Davies所着的The last three minutes: conjectures about the ultimate fate of the universe (Basic Books, New York, 1994)一书。

请参见K. Nagamine and A. Loeb, “Future evolution of nearby large-scale structure in a universe dominated by a cosmological constant”, New Astronomy, vol. 8, p. 439 (2003)。

我与豪梅·加里加合着的论文中预测了本区域的宇宙将会收缩，直至造成大挤压的结局，论文题为Testable anthropic predictions for dark energy，发表于Physical Review, vol. D67, p. 043503 (2003)。然而，我们也指出，这一预测不可能很快得到验证。