宇宙“大坍縮”將在100億年后開始？

“暗能量光譜儀（DESI）”第一年的三維數(shù)據(jù)切片。地球位于扇形底部的尖端，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)星系。點(diǎn)開可以看到文字注釋。圖中包含約60萬個(gè)星系，不到數(shù)據(jù)總量的0.1%。

DESI / NOIRLab / NSF / AURA / R. Proctor

若非我們身處宇宙特殊地帶產(chǎn)生的“幻覺”，如果主宰宇宙加速膨脹的“暗能量”的確會隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，那么我們的宇宙將會在比預(yù)期更早的時(shí)間開始“大坍縮”并最終歸零。這是近日一批包括中國學(xué)者在內(nèi)的宇宙學(xué)家對宇宙命運(yùn)的看法。

過去幾年中，針對星系的多次大規(guī)模巡天結(jié)果顯示，驅(qū)動宇宙加速膨脹的神秘力量——“暗能量”可能會隨時(shí)間推移發(fā)生變化。如若果真如此，那么現(xiàn)有的認(rèn)知將被顛覆——因?yàn)檫@意味著我們最簡單的暗能量模型，亦即“宇宙學(xué)常數(shù)”，可能是錯(cuò)的。

這一新發(fā)現(xiàn)為理論探索提供了廣闊的空間，人們可以在此基礎(chǔ)上針對各種可能性甚至是全新的宇宙學(xué)理論進(jìn)行探討。在6月30日提交的一篇尚未經(jīng)同行評議的論文中，研究人員提出了一個(gè)復(fù)雜的新暗能量模型。依照該模型，我們宇宙未來的行為方式令人震驚。

在這個(gè)新模型中，“暗能量”由兩部分組成。一部分是所謂的“軸子（axion）”。“軸子”是一種假想中的超輕粒子，很難和物質(zhì)發(fā)生相互作用。這種粒子滲透在整個(gè)宇宙，它的平均能量驅(qū)動了宇宙當(dāng)前階段的加速膨脹。

模型中組成“暗能量”的另一部分是所謂的“宇宙學(xué)常數(shù)”。“宇宙學(xué)常數(shù)”也是愛因斯坦廣義相對論中的一個(gè)“理想化參數(shù)”，也能夠?qū)Α鞍的芰俊奔右越忉尅５窃诒灸Ｐ椭校坝钪鎸W(xué)常數(shù)”的值較低，因?yàn)橛钪婕铀倥蛎浀牧硪徊糠质潜弧拜S子”驅(qū)動的。

研究人員發(fā)現(xiàn)，若以此模型來解釋暗能量巡天的數(shù)據(jù)，最佳的擬合方式是引入負(fù)“宇宙學(xué)常數(shù)”。

基于該理論，我們宇宙當(dāng)前的加速膨脹只是暫時(shí)的，其背后的推動力是所謂的“軸子場”。而隨著時(shí)間的推移，“軸子”會被逐漸稀釋并失去推動能力，負(fù)“宇宙學(xué)常數(shù)”將會接管宇宙的命運(yùn)。

負(fù)“宇宙學(xué)常數(shù)”將導(dǎo)致與正“宇宙學(xué)常數(shù)”完全相反的結(jié)果——它將使宇宙的膨脹減速。也就是說，未來宇宙的膨脹將越來越慢，并在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上完全停止且開始反轉(zhuǎn)，進(jìn)入“大坍縮（Big Crunch）”階段。

宇宙“大坍縮”的終點(diǎn)是一個(gè)與“宇宙大爆炸”完全相反的狀態(tài)。宇宙中的所有星系，所有的物質(zhì)和能量，都會向一個(gè)越來越小的空間聚集，宇宙的密度會變得越來越大，溫度也會越來越高。最終，一切都又將還原為一個(gè)新的“奇點(diǎn)”。

根據(jù)新理論的預(yù)測，我們宇宙將會比預(yù)期更早地走上“坍縮”之路。宇宙將在大約在100億年后停止膨脹開始反轉(zhuǎn)——這比宇宙當(dāng)前的年齡還短。宇宙的“坍縮”將再持續(xù)大約100億年，然后在200億年后“歸零”。掐指一算，宇宙的壽命總計(jì)不過330億年多一點(diǎn)。

當(dāng)然這只是一個(gè)假說。當(dāng)前的暗能量巡天結(jié)果只是初步的，未來是否能夠經(jīng)受住反復(fù)驗(yàn)證仍然未知。即使我們發(fā)現(xiàn)“宇宙學(xué)常數(shù)”確實(shí)在變小，也不足以證明這個(gè)模型是正確的。事實(shí)究竟如何，也只有讓時(shí)間來說話了。

“暗能量光譜儀（DESI）”第一年的三維數(shù)據(jù)切片。地球位于扇形底部的尖端，最遠(yuǎn)星系距離約110億光年，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)星系。

DESI / NOIRLab / NSF / AURA / R. Proctor

參考 The Lifespan of our Universe https://arxiv.org/pdf/2506.24011