宇宙中的一切都有其起點和終點。宇宙誕生於奇點的大爆炸,以其巨集偉的規模讓人類難以想像其最終的消逝。但科學家們提出了一些理論,提出宇宙可能會通過坍縮、熱寂或者真空衰變來結束。
熱寂論認為,隨著高溫區域的熱量轉移至冷卻區域,最終所有的熱量將達到均衡,從而不再發生溫差,達到熵增的極限。在這樣的情況下,宇宙不再產生新恆星,空間停止擴張。恆星的消亡接踵而至,留下的中子星和白矮星也會慢慢熄滅。甚至“黑洞”也會因霍金輻射逐漸蒸發,直到完全消失。
宇宙的活力逐漸退去,只剩下黑暗和寂靜。雖然這一結局令人絕望,但宇宙坍缩论或许更易被人接受。
宇宙由約138億年前的奇點爆炸開始,爆炸的能量推動宇宙不斷擴張,與引力抗衡,宛如一個氣球被逐漸吹大。不同於氣球的是,宇宙擁有自身的引力。隨著擴張能量的耗盡,向內的引力將佔據上風,最終導致宇宙坍縮至奇點。
相比前兩種學說,真空衰變愈加受到科學家的關注。熱寂或坍縮可能需要百億年級的時間才會發生,而真空衰變則有可能在瞬間發生。某些科學家甚至推測,宇宙的某些區域可能已經開始了這種解體過程。
自從宇宙大爆炸那一刻起,經歷了激烈的相變過程。引力、電磁力、強互作用力和弱互作用力是宇宙四大基本力量。愛因斯坦曾試圖統一這些力量,卻未能成功。這些力量在宇宙的起源時期曾經是一個整體,隨後隨著宇宙的膨脹和冷卻而逐漸分離。
科學家利用粒子加速器,通過粒子的碰撞,類比出早期宇宙的狀態。在這些高能環境中,能夠融合或再現電磁力和弱核力的分離過程。四大力量分離后,宇宙穩定地發展,形成了原子核和原子,繼而結合成分子,其後恆星誕生又消亡,迴圈不息。相較於宇宙最初的微妙變化,接下來的漫長演變顯得平淡無奇。
然而,宇宙的穩定可能只是表面現象。初始階段的每一次“相變”均重新調整了宇宙的秩序,科學家通過研究發現,真空實際上並不穩定。
在科學上,只要氣態空間的壓強低於一定值就被認為是真空。事實是,即使移除所有實物,空間中仍然有電磁波和光子等非物質粒子,甚至在去掉這些後,空間中依舊存在著“真空能”。
瞭解宇宙的穩定性需要理解“相變”——快速而深刻的變化。比如水變成蒸汽或凝結成冰,都是物質狀態的相變。宇宙的最後一次顯著相變是在電磁力從弱核力中分離時發生的。
檢測宇宙穩定性的一種方法是測量希格斯玻色子的品質,它是其他粒子的品質源頭。在量子物理學中,品質越大的粒子越不穩定,容易衰變成輕粒子。因此,希格斯玻色子的質量決定了它的存在時間。科學家觀察到希格斯玻色子處於一種不穩定但尚未崩潰的狀態,稱為“亞穩態”。一旦環境發生變化,可能導致快速衰變,引發新的宇宙相變。
相變開始後,會以光速向外擴散,所及之處的物理法則將完全不同,這將導致我們所知的宇宙不復存在。這種變化與小行星撞擊或太陽消亡不同,因為此類災難可以通過移居其他星系來規避,而真空衰變無可逃避。
儘管如此,這一理論是基於粒子為宇宙基本結構的假設。若宇宙由更加微小的振動弦組成,一切或許會截然不同。
在弦理論中,研究人員認為可以通過“非局部效應”預防相變的無限擴散。類似於量子糾纏,這種效應指的是無論距離多遠,一個區域的變化都會影響到其他區域。
假如一個相變泡在時空中出現,非局部效應將使其邊緣光滑化,導致泡消失。即便事件開始,若弦理論有效,它也能防止危及全宇宙。即便相變發生且弦理論錯誤,宇宙之大足以讓我們有足夠的時間去應對,或許人類消亡前,衰變都不會到達太陽系。