膨脹的宇宙將毀於「火」還是「冰」

宇宙——這是對我們所處世界所作的多麼宏大的描述。但它可歸於三個簡單而又極其複雜的本原問題：「我們從哪裡來，到哪裡去，我們是誰？」哲人、詩人和物理學家都以自己的方式回答。發現「宇宙的加速膨脹」，至少從某種角度接近了答案。

弗羅斯特的這句詩，早已成為宇宙學家的警言妙句。那麼，宇宙的結局到底是「火」還是「冰」？

度量宇宙的巨尺

如果打個粗略的比方，宇宙就是撞球檯上的一堆球。按照現代宇宙學知識，大爆炸後，「宇宙球堆」就像受撞擊而散開。但無論是常識、還是傳統模型，這堆球散開的速度會越來越慢——因為受到檯面的阻力。同樣，星系間則有引力。

這是「宇宙減速膨脹」理論描述的世界。但今年獲獎的發現顛覆了它：球居然越滾越快了。

1998年，兩個研究團隊公布類似發現：宇宙在加速膨脹。兩個團隊的核心人物就是索爾·珀爾馬特，以及布賴恩·施密特和亞當·里斯。珀爾馬特得到今年1/2的諾貝爾物理學獎金，施密特和里斯分享另一半。

要認識宇宙膨脹，必須有一把巨尺。物理學家的方法異常巧妙：就像燭光，越遠越暗，亮度與距離平方成反比。他們發現，有一類被稱為Ⅰa的超新星在爆發時，都發出同等亮度的光，在瞬間爆發出相當於十億個太陽的峰值光度。這種強光能歷時數十億年，穿越茫茫宇宙而被今人發現。

珀爾馬特曾在一次採訪中承認，當時他的團隊只是為證實宇宙減速膨脹。但觀察發現，Ⅰa超新星的實際距離比經典理論得出的結果更遠。也就是說，宇宙膨脹在加速。珀爾馬特說，當時他們用了9個月來審視數據，最終不得不接受這一事實。類似的結論施密特和里斯也得到了。這兩個團隊總共分析了近50顆超新星，這一發現入選當年《科學》雜誌年度十大科技進展。

這個發現之所以能震驚世界，原因就在於如果只有萬有引力的作用，宇宙膨脹本該是減速的，那麼，世間究竟還存在什麼未知的力量，讓「球越滾越快」？

世界的大部分未知

「萬有引力實際上是一個翻譯錯誤。」上師大天體物理研究中心主任李新洲教授告訴記者。宇宙加速膨脹似乎表明萬物間還有斥力。事實上，萬有引力的英文「gravity」並沒有單向的「吸引力」的意思。

為了解釋加速膨脹，科學家設計出許多假說，影響最大的就是「暗能量模型」。暗能量是對未知物質形態的描述。我們熟悉的世界——地球、星辰和身邊萬物，都是由可見的物質構成的，另一種超然於常規物質的是「暗物質」。物質和暗物質是由基本粒子構成，相互間有引力；但讓宇宙加速膨脹的斥力則源自「暗能量」。

理論物理學推算認為，如果用暗能量解釋，那麼宇宙的74%是由暗能量構成，22%是暗物質，而可通過常人直覺和經典理論描述、印證的物質只佔4%——事實上，我們對絕大部分世界懵懂無知；在1998年超新星實驗前，根本沒人意識到約佔3/4的暗能量世界的存在。

復旦大學教授、理論物理學家蘇汝鏗告訴記者，暗能量並非是宇宙加速膨脹的唯一解釋，另外還有數十種模型，其中包括修正廣義相對論，但迄今沒有任何模型堪稱完美：「也許廣義相對論只在有限的世界中適用，我們和愛因斯坦一樣，都是坐井觀天的青蛙。」但無論如何，1998年的發現，改變對世界的認識。

蘇汝鏗說，宇宙學已進入黃金時代。過去10年的諾獎，有3次歸屬該領域。過去20年，人類研究宇宙的能力不斷提高，數據也越來越多。李新洲說，1998年超新星的觀測結果迄今已至少得到了另三種其他實驗的印證。可以說，加速膨脹已是「板上釘釘」，但原因依然百家爭鳴。

我們的未來會怎樣？

幾十年來的研究公認，宇宙始於大爆炸——或者說「始於火」，那麼，它將走向哪裡？

按照宇宙學理論，李新洲用科普的語言回顧了宇宙史：大爆炸啟動於宇宙創始後的「10的35次方」（1千億億億億）分之1秒，持續到「10的32次方」分之1秒，其間，宇宙從10的25次方分之1米脹成了柚子大小，之後是持續的減速膨脹，直到星系形成（大約是70-90億年前）。之後便是如今的「加速膨脹期」。在宇宙137億年的歷程中，算上大爆炸，一共加速膨脹了2次，當中夾著一次減速膨脹。在減速膨脹期，引力是主流，暗能量的斥力幾乎可忽略不計；但隨著宇宙演變，暗能量逐漸加大。

目前沒人知道現在的這次加速膨脹會不會一直持續。物理學家們提出了一些假說：如果持續膨脹，那麼宇宙最終將變成無比寒冷的世界，如同弗羅斯特詩句描述的那樣「毀滅於冰」。也有人認為，未來某天，宇宙會減慢膨脹，直至重新收縮，回復到最初的狀態，新一輪大爆炸又會來臨——這就是「毀滅於火」。

還有一些描述更幻滅：宇宙的膨脹目前雖僅限於星系之間，但終有一天，星系本身也會受暗能量影響，於是，萬物漸漸被撕裂成最基本的粒子，目前的一切將不復存在。

李新洲告訴記者，一項以美國為首的研究計劃正在南美洲部署新一代觀測工具，它能更精確地測算宇宙膨脹的速度變化。也許到那個時候，宇宙的走向會更清晰一些。

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