宇宙最終會在大撕裂中毀滅嗎？

宇宙學中最重大的發現之一出現在20世紀末，即1998年。當時，通過觀察遙遠的Ia型超新星，天文學家能夠確定宇宙不僅在膨脹，而且在加速。這意味著宇宙中肯定不止物質、輻射和空間曲率。

宇宙中需要有一種新的能量形式導致遙遠的星系加速遠離我們，天文學家將其稱之為「暗能量」。這種神秘的暗能量可能是宇宙常數，它也許會改變宇宙的命運，導致宇宙大撕裂。

大撕裂中的膨脹超過所有其他力，那它可能是我們宇宙的未來嗎？贊成或反對的理由是什麼？如果會發生大撕裂，它將如何展開，會發生什麼？

當我們觀察遙遠的宇宙時，我們發現它充滿了光發射和吸收源。有恆星、星系、類星體、星系群和一個巨大的宇宙結構網；還有塵埃、中性氣體、離子化等離子體、暗物質以及結構之間巨大的宇宙空洞；有各種各樣類型的輻射；有中微子、還有黑洞。

如果把所有這些加起來，它只佔宇宙總能量的三分之一，我們所知的受引力作用的「物質」是宇宙中實際存在的一小部分。通過宇宙的膨脹歷史，天文學家了解到這一點。大約在60億年前，遙遠的星系開始加速遠離我們，也就是說宇宙在加速膨脹。根據我們對它們現在運動的觀察，以及對宇宙微波背景、大規模結構和其他跡象的觀察，我們已經確定宇宙的68%是由暗能量組成。

與物質和輻射不同，這種能量密度似乎不會隨著宇宙空間的膨脹而下降。隨著宇宙體積增加，物質變得越來越稀疏，輻射也會紅移至更長，能量更少的波長，而暗能量是空間本身固有的能量。隨著新空間的產生，暗能量密度保持不變。

從理論上講，這讓我們可以預測宇宙的命運。如果暗能量真的是一種恆定的能量，不隨宇宙膨脹而改變，那麼宇宙就會永遠膨脹下去。哈勃膨脹率將接近於一個恆定的有限值，約為70 km/s/Mpc。隨著遙遠的星系越來越遠，從10 Mpc（Mpc為百萬秒差距，1Mpc等於326萬光年）到100 Mpc到1 Gpc（Gpc為十億秒差距），退行速度將上升到700 km/s，7000 km/s，然後是70000 km/s。

就我們目前的觀察結果來看，宇宙將繼續以這種恆定速度在未來繼續加速膨脹。宇宙的宿命應該會是寒冷、空蕩和孤獨的，只有那些如今已經被引力束縛的天體才會保持一定距離，不會被分開。

這種情況是假設暗能量是一個真正的宇宙常數，假定它在強度和密度上不會增加或減少，不會改變符號，而且不會在空間中變化。我們有合理的證據證明這是事實，主要是通過觀察星系是如何在最大尺度上聚集的。

但是即使有了最好的觀測結果，我們也不能確定暗能量是宇宙常數。它可以隨著時間推移而變化，不超過一定數量上增加或減少。我們量化暗能量可以變化多少的方式是用一個叫做w的參數，如果恰好w=-1，它就是一個宇宙常數。從觀察上看，w=-1.00±0.08左右。我們完全有理由相信它的值是-1。

如果暗能量不是一個常數，那麼它的變化方式有兩種主要的可能性。如果隨著時間推移，w朝正數發展，那麼暗能量就會失去力量，甚至有可能逆轉它的符號。如果是這樣的話，宇宙將停止加速，膨脹速率將降至零。如果它的符號逆轉，宇宙甚至可能會再次坍縮，註定要發生宇宙大收縮。

沒有明確的證據表明會發生上述情況，但是像大口徑全景巡天望遠鏡（LSST）、廣域紅外巡天望遠鏡（WFIRST）和歐幾里得探測器（EUCLID）這樣的下一代望遠鏡應該能夠測量w至精確度為1%到2%，比我們目前提高很多。這些天文台在本世紀20年代應該都會開始工作，歐幾里得探測器計劃首先投入使用，它將於2021年發射。

當然總有一種可能，w隨著時間推移會變得越來越負，在-1以下，並保持在那裡。如果是這樣的話，就會發生一些奇妙的事情，宇宙將經歷一個被稱為大撕裂的命運。

如果暗能量真的是恆定的，那麼，太陽系、銀河系，甚至是我們的本星系群（由銀河系、仙女座、三角座星系、麥哲倫星雲和幾十個小矮星系組成）在數萬億年後的遙遠未來也會在引力的作用下結合在一起。

但是如果暗能量的力量增加了，即如果w

當暗能量的能量密度增加到現在的十倍時，它就足以阻止銀河系與仙女座星系合併。這個「大撕裂」場景將會把我們的鄰近星系從我們身邊趕走，就像宇宙中所有其他遙遠的星系一樣。同樣消失的還有三角座星系和絕大多數其他的矮星系。但這不是結束，暗能量的力量將繼續增加。

暗能量的能量密度提高到其當前值的100倍，銀河系外圍的恆星將開始從我們的星系中飛離。空間膨脹的度規將能夠克服我們本地所有物質的引力，無論是正常物質還是暗物質。

如果暗能量的強度增加到現在值的200或300倍，我們的太陽就會和那些銀河系外圍恆星一起從銀河系中被分離出來。我們的太陽系將孤獨地穿越星系際空間。

但這不會是大撕裂的終極結局。如果暗能量的能量密度將繼續上升，最終，這將不僅威脅到我們太陽系的存在，還有宇宙中的每一個恆星系統。當暗能量變得足夠強時，包括地球在內的太陽系天體都會脫離太陽的引力束縛。

奧爾特雲將先離開，然後是離散盤和柯伊伯帶，接著是海王星、天王星、土星和木星。小行星帶會緊隨其後，其次是火星。當暗能量密度達到現在值的1000億倍時，地球就會被扔出軌道。

最後，在地球上，終極災難將降臨到任何一個被遺留的人身上。隨著暗能量密度繼續增加到無限量，人類將與地球引力分離，單個細胞、分子、原子和原子核將被分裂。據推測，甚至是時空本身的基本結構最終也會被撕裂。

值得慶幸的是，由於現今暗能量的約束值，w=-1.00±0.08，我們還有時間。如果宇宙最終會以大撕裂結束，那將是800億年後才會降臨到我們身上的終極命運，幾乎是現在宇宙年齡的六倍。星系之間的束縛解脫，是通往大撕裂的第一步，但這最快也要在幾百億年後才會發生。

據我們所知，沒有任何強有力的數據支持暗能量的增加。然而可以肯定的是，無論證據表明什麼，在本世紀20年代，我們將以史無前例的精度測量出暗能量參數，希望地球、太陽、銀河和本星系群都能安然無恙地從這一命運中走出來。雖然不排除大撕裂，但至少在未來很長一段時間內不會發生。

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