宇宙大爆炸僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。大約在150億年前,宇宙所有的物質都高度密集在一點,有著極高的溫度,因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後,物質開始向外大膨脹,就形成了今天我們看到的宇宙。
大爆炸之後發生了什麼?
大爆炸開始時-150-200億年前,極小體積,極高密度,極高溫度。
大爆炸後0.01秒-1000億度,光子、電子、中微子為主,質子中子僅占10億分之一,熱平衡態,體系急劇膨脹,溫度和密度不斷下降。
大爆炸後0.1秒後-300億度,中子質子比從1.0下降到0.61。
大爆炸後1秒後-100億度,中微子向外逃逸,正負電子湮沒反應出現,核力尚不足束縛中子和質子。
大爆炸後10-43秒-宇宙從量子背景出現。
大爆炸後10-35秒-同一場分解為強力、電弱力和引力。
大爆炸後10-5秒-10萬億度,質子和中子形成。
大爆炸後13.8秒後-30億度,氘、氦類穩定原子核(化學元素)形成。
大爆炸後35分鐘後-3億度,核過程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸後30萬年後-3000度,化學結合作用使中性原子形成,宇宙主要成分為氣態物質,並逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體雲塊,直至恒星和恒星系統。
宇宙的命運取決於暗能量是否將繼續導致宇宙加速膨脹,有四種可能:
A 加速結束,宇宙永恆膨脹:100萬億年後,最後一批恒星熄滅。
B 繼續加速:300億年後,宇宙加速將所有其他星系拖出視界之外。
C 加速增強:500億年後,暗物質撕碎所有結構,甚至原子。
D 轉變為減速並坍塌:300億年後,所有物質重新彙聚到一點,迎來新一輪的大爆炸。
有物理宇宙學家指出,膨脹宇宙的未來很可能會為繼續膨脹。若果事實如此,宇宙將因其膨脹而繼續冷卻,並會達到並不足以支持生命的溫度。因此,膨脹宇宙的未來又稱為大凍結。
膨脹宇宙的未來將會是蒼涼的。若果據宇宙學常數加速了宇宙的膨脹,星系間的距離將會持續增加。紅移將會被拉長,到達的光子將會是長波長和低能量的光子。恆星的形成仍會維持於1×1012至1×1014年,但形成恆星的氣體將會耗盡。當最後一顆恆星用完其燃料後,宇宙將不可能再支持生命及產生足夠熱量。
跟據預測質子衰變的理論,恆星殘餘物將會消失,剩下的將會只是黑洞,而黑洞亦會因放出霍金輻射而慢慢消失。最終,若果宇宙溫度達到一個均勻溫度,那麼再沒有活動能在宇宙中作出,從而導致宇宙熱寂。屆時,宇宙將會空無一切,且毫無生機。溫度亦會持續下降。
其他宇宙的未來有很多可能性,而這些主要有3種:持續膨脹、停止膨脹和收縮。宇宙若無足夠能量,將會停止膨脹。停止膨脹將會是最理想的環境,宇宙溫度適中之餘,亦有足夠資源支持恆星形成,甚至生命。
有些宇宙膨脹到某一階段,將會停止膨脹並反過來收縮。收縮將會縮小各星系間的距離,令宇宙溫度上升,並最後導大壓縮,大爆炸的相反。但這樣可能形成一個新的宇宙。
浩瀚宇宙為天文學家的觀測和研究提供了無限可能。誰能想像,璀璨星空正在不斷遠離我們,終有一天會永遠消失?然而,諾貝爾獎獲得者布萊恩·施密特指出,這就是正在發生的事實——宇宙終將消散。
『1000億年以後,除了我們所在的銀河系,所有星系都將消散,人們看到的宇宙將空無一物。』施密特在第28屆國際天文學聯合會大會上,受採訪時說。這一推論的基礎,正是令施密特獲得2011年諾貝爾物理學獎的重大發現—宇宙正在加速膨脹。
此前,天體物理學家曾經普遍認為,引力會使宇宙的膨脹速度逐漸減緩。1998年,施密特與亞當·里斯,帶領的高紅移超新星搜索隊,與超新星宇宙學計畫,這兩個研究團隊,分別發現宇宙膨脹的速度,並非如預期一樣減緩,或是停滯,相反正在加速。為了解釋這個令人困惑的現象,天文學家導入了“暗能量”概念。這種未知形式的能量,可以抵抗重力,並讓宇宙加速膨脹。
“除非暗能量突然消失,否則宇宙將繼續越來越快地膨脹下去,最終會走向消散。”施密特說。科學家們正在積極搜尋地球外的生命信號,然而這項任務在施密特描繪的未來宇宙中,將變得不切實際。1000億年後,如果人類還存在的話,將會比現在更加孤獨。
“到時,我們的銀河系還會在,並且和一些附近的星系合併,但是其他所有我們今天能看到的宇宙天體,都會離我們太遠而無法觀測到。也就是說,除了我們自身所在的星系,所有的星系都將消失。”施密特說。
在談到推動宇宙加速膨脹的暗能量時,施密特說:“我們並不知道暗能量是如何形成的,它好像是宇宙自身結構的一部分,暗能量產生更多的宇宙空間,更多的宇宙空間,又產生了更多的暗能量,更多的暗能量,又產生更多的宇宙空間……宇宙就是因為它而四散消失。”
暗能量假說,是當今對宇宙加速膨脹,這一觀測結果的解釋中最為流行的一種。在宇宙標準模型中,暗能量在宇宙結構中約占73%。
美國科學家對宇宙未來的景象進行了預測,他們認為宇宙死亡和重生的迴圈是很可能的。當現在的人類文明消失,我們所處的星系死亡,甚至宇宙毀滅的時候,下一個宇宙的誕生和發展也許會重現我們過去、現在和未來的一切。或者,當宇宙的真空突然變成某種完全不同的物質時,宇宙可能會有一個非常奇特的結局。
大約在150億年前,除了一個微小的點,其他的一切都不存在。而這個將所有物質都高度密集的點,有著難以想像的高溫。某一時刻,這個點突然發生了巨大的爆炸,在此過程中產生了時間、空間、物質和能量—宇宙就這樣形成了。這就是根據天文觀測和愛因斯坦的相對論,現代天文學界和物理學界普通認同的宇宙誕生的觀點,也就是我們經常聽到的大爆炸理論。
隨著大爆炸的產生,宇宙不斷的膨脹,而宇宙膨脹的過程中產生了宇宙中的各種物質,包括我們的地球和隨之出現的人類以及人類文明。但是,宇宙並不是永遠的膨脹下去,科學家認為,宇宙最後將停止膨脹,並由於星系重心吸引力作用向內部塌縮,使所有星系越聚越緊,最後形成一個緊密的物質團,從而摧毀宇宙中所有的生命,最終變回一個高度密集的點。
當然,大爆炸理論認為今天的宇宙仍在繼續膨脹,於是人們不禁好奇,如果宇宙塌縮成一個點以後,並再次發生大爆炸的時候,宇宙膨脹的過程中會不會再次誕生同樣的物質,甚至重演人類的文明史呢?
美國科學家對宇宙未來的景象進行了預測,他們同樣提出這樣一個疑問:如果人類和人類所掌握的知識最終消失,那麼未來能夠代替人類出現的有智力的生物將如何研究空間?他們能否想得出“宇宙大爆炸”這種理論,或者能否重新發現相對論這一學說呢?
美國俄亥俄州凱斯西儲大學的理論物理學家勞倫斯·克拉斯相信,將來會有一個人能成為下一位愛因斯坦,並重新發現廣義相對論。他甚至希望未來的觀測者將能夠通過研究我們星系中的恒星來解釋太陽系是如何產生的。那麼,照這樣推理,或許將來的某一天歷史將會重演,甚至我們每一個人都將再次生活在這個宇宙當中。
如果不瞭解宇宙的過去,很難預測宇宙的未來。中國科學技術大學交叉學科理論研究中心教授,中國科學院理論物理所研究員李淼,在接受記者採訪時表示,事實上,關於宇宙的起源和未來,科學家至今也沒有完全搞清楚,仍然還是一個謎。
由於大爆炸理論無法對宇宙的最終結局下定論,因此,美國普林斯頓大學的天文學教授保羅·斯坦哈特與英國劍橋大學教授尼爾·圖羅克曾提出宇宙將永遠不會結束,而是處於從生長到消亡的不斷迴圈過程中。而大爆炸既不是宇宙的起點也非終點,只是宇宙的兩個不同階段中間的“過渡”。如今的宇宙就是在上個宇宙的塵埃中誕生的。
其實從嚴格意義上來說,目前我們還無法預測宇宙的未來。“作為一般人,很可能最關心宇宙的未來會是什麼樣子。作為宇宙學家,關心的問題恰恰相反,他們最關心宇宙的過去是什麼樣子。”李淼認為,宇宙學作為一種實證科學,必須靠研究宇宙史留下的化石,結合我們的物理知識,來“推測”過去。如果過去不能研究清楚,一些關鍵的細節不能確定,將來就很難預測。何況,宇宙的將來實在是太遙遠的將來,與我們的目前沒有太大的關係。
針對美國科學家提出的最新理論,記者與李淼研究員進行了一次關於宇宙誕生以及宇宙輪回等問題的深入探討。
記者:宇宙的“外面”是什麼?
李淼:事實上,關於宇宙到底是有限還是無限,從觀測的角度來講,目前還沒有一個肯定的答復。但有一點可以肯定的是,宇宙是無邊的,既然沒有邊,也就無所謂宇宙之外一說了。
記者:宇宙到底有多“大”?
李淼:起碼需要光走一百億年,能夠知道這一點,已經是天文學上了不起的成就了。如果將宇宙想像成一個三維球面,目前我們所能看到的宇宙只是這個球面極小的一部分,絕大部分的球面我們還未能看到。不過,隨著科學技術的發展,我們的宇宙視野也許還將不斷擴大。
記者:大爆炸之前發生了什麼?到底是什麼引起了大爆炸?
李淼:解釋這個問題,首先必須解釋一下時間這個概念。在物理學上,我們用運動這個概念來定義時間。換句話來說,沒有運動,也就沒有了時間,假定一切是靜止的,就無從談時間。宇宙學的研究表明,時間也許在將來是無限的,在過去卻不是,有一個起點,就是大爆炸的那一點。在大爆炸之前,沒有時間。因此“大爆炸之前”這個概念是錯誤的。這就好比去尋找比南極更南的一點沒有意義一樣。宇宙大爆炸僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。
記者:宇宙還有沒有可能重生?我們的歷史是否會重演?
李淼:嚴格意義上來說,無法預測宇宙的未來。這主要是因為我們對暗能量的觀測還沒有那麼精准。如果暗能量是宇宙學常數,那麼宇宙就會一直膨脹下去,如果不是一個常數的話,那宇宙的結局就很難講了。如果宇宙塌縮成一個點時,有的理論認為它有可能再次發生爆炸,恒星、行星、甚至具有生命的天體將再次出現,歷史將重演。
這也就意味著不僅過去有個時間起點,在未來,同樣也有一個時間起點,如果是這樣的話,很多物理定理就失效了,而用什麼理論取代我們現在還不瞭解。而有的理論認為宇宙會加速膨脹,支援這個理論的人甚至認為宇宙有可能不只是一個,而是有無數種可能的宇宙,各自有著出於偶然原因形成的不同物理規律。
隨著目前宇宙的加速膨脹、時空的擴大和延伸,暗能量的密度也在增加,這將可能導致幻能的增加,其將在有限的時間內使得宇宙無限地接近結束的邊緣,並最終導致宇宙大撕裂的發生。而在這個過程中,隨著宇宙的規模變成無限大,密度增加,所有的空間結構都不復存在,包括星系、系團乃至地球,都將變成一個個亞原子粒子。根據宇宙學家最新的計算結果,如果暗能量的壓力與密度的比值達到-1.5,宇宙在這個情況下只能維持220億年,而目前宇宙已經走過了137億年。
暗物質-1998年對許多遙遠超新星的觀測發現,宇宙正在加速膨脹,而非人們通常認為的減速膨脹,它顯示宇宙有一個相當於宇宙學常數的暗能量成分存在。而宇宙能量密度由4.4%的強子物質(發光物質)、22.6%的暗物質(不發光物質)和73%的暗能量組成。
宇宙常數-愛因斯坦為了構造靜態宇宙學解,在其引力場方程中加入了一個常數項,這一常數就是著名的愛因斯坦宇宙學常數。最近的天文觀測證實,宇宙正在加速膨脹,這表明宇宙能量密度中,包含有相當於宇宙學常數的一個成分。
宇宙的未來
科學不能預言人類社會的未來或者甚至它有沒有未來。其危險在於,我們毀壞或消滅環境的能力的增長比利用這種能力的智慧的增長快得太多了。
宇宙的其他地方對於地球上發生的任何事物根本不在乎。繞著太陽公轉的行星的運動似乎最終會變成混沌,儘管其時間尺度很長。這表明隨著時間流逝,任何預言的誤差將越來越大。在一段時間之後,就不可能預言運動的細節。我們能相當地肯定,地球在相當長的時間內不會和金星相撞。但是我們不能肯定,在軌道上的微小擾動會不會積累起來,引起在十幾億年後發生這種碰撞。太陽和其他恒星繞著銀河系的運動,以及銀河系繞著其局部星系團的運動也是混沌的。我們觀測到,其他星系正離開我們運動而去,而且它們離開我們越遠,就離開得越快。這意味著我們周圍的宇宙正在膨脹:不同星系間的距離隨時間而增加。
我們觀察到的從外空間來的微波輻射〔微波輻射〕指宇宙微波背景輻射,即來自宇宙空間背景上的各個方向同性的微波輻射,是宇宙之初“大爆炸”的餘熱,溫度比開氏絕對零度高2.7度,習慣上稱為3K輻射。1965年美國科學家彭齊亞斯和威爾遜因共同發現宇宙微波背景輻射而獲1978年諾貝爾物理學獎。背景給出這種膨脹是平滑而非混沌的證據。你只要把你的電視調到一個空的頻道就能實際觀測到這個輻射。你在螢幕上看到的斑點的小部分是由太陽系外的微波引起的。
這就是從微波爐得到的同類的輻射,但是要更微弱得多。它只能把食物加熱到絕對溫度〔絕對溫度〕即開氏溫度,1848年由英國物理學家開爾文(1824—1907)提出,1960年第十一屆國際計量大會規定熱力學溫度以開爾文為單位。開氏的零度稱為“絕對零度”,等於零下攝氏273.15度。〔哥白尼(1473—1543)〕波蘭天文學家,太陽中心說的創立者,近代天文學的奠基人。的2.7度,所以不能用來溫熱你的外賣皮薩〔皮薩〕一種義大利式的餡餅。。人們認為這種輻射是熱的早期宇宙的殘餘。
但是它最使人印象深刻的是,從任何方向來的輻射量幾乎完全相同。宇宙背景探索者衛星已經非常精確地測量了這種輻射。從這些觀測繪出的天空圖可以顯示輻射的不同溫度。在不同方向上這些溫度不同,但是差別非常微小,只有十萬分之一。因為宇宙不是完全光滑的,存在諸如恒星、星系和星系團的局部無規性,所以從不同方向來的微波必須有些不同。但是,要和我們觀測到的局部無規性相協調,微波背景的變化不可能再小了。微波背景在所有方向上能夠相等到100 000分之99 999。
上古時代,人們以為地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一樣的事實,對於他們而言毫不足怪。然而,從哥白尼時代開始,我們就被降級為繞著一顆非常平凡的恒星公轉的一顆行星,而該恒星又是繞著我們看得見的不過是一千億個星系中的一個典型星系的外邊緣公轉。我們現在是如此之謙和,我們不能聲稱任何在宇宙中的特殊地位。
所以我們必須假定,在圍繞任何其他星系的任何方向的背景也是相同的。這只有在如果宇宙的平均密度以及膨脹率處處相同時才有可能。平均密度或膨脹率的大區域的任何變化都會使微波背景在不同方向上不同。這表明,宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的,而不是混沌的。因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。
因為宇宙的膨脹是如此之均勻,所以人們可按照一個單獨的數,即兩個星系間的距離來描述它。現在這個距離在增大,但是人們預料不同星系之間的引力吸引正在降低這個膨脹率。如果宇宙的密度大於某個臨界值,引力吸引將最終使膨脹停止並使宇宙開始重新收縮。宇宙就會坍縮到一個大擠壓。這和起始宇宙的大爆炸相當相似。大擠壓是被稱作奇性的一個東西,是具有無限密度的狀態,物理定律在這種狀態下失效。這就表明即便在大擠壓之後存在事件,它們要發生什麼也是不能預言的。
但是若在事件之間不存在因果的連接,就沒有合理的方法說一個事件發生於另一個事件之後。也許人們可以說,我們的宇宙在大擠壓處終結,而任何發生在“之後”的事件都是另一個相分離的宇宙的部分。這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同,如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特徵或記憶,這種聲稱有什麼意義呢?人們可以同樣地講,它是完全不同的個體。
如果宇宙的密度小於該臨界值,它將不會坍縮,而會繼續永遠膨脹下去。其密度在一段時間後會變得如此之低,引力吸引對於減緩膨脹沒有任何顯著的效應。星系們會繼續以恒常速度相互離開。這樣,對於宇宙的未來其關鍵問題在於:平均密度是多少?如果它比臨界值小,宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大,宇宙就會坍縮,而時間本身就會在大擠壓處終結。然而,我比其他的末日預言者更佔便宜。即便宇宙將要坍縮,我可以滿懷信心地預言,它至少在一百億年內不會停止膨脹。我預料那時自己不會留在世上被證明是錯的。
我們可以從觀測來估計宇宙的平均密度。如果我們計算能看得見的恒星並把它們的品質相加,我們得到的,不到臨界值的百分之一左右。即使我們加上在宇宙中觀測到的氣體雲的品質,它仍然只把總數加到臨界值的百分之一。然而,我們知道宇宙還應該包含所謂的暗物質,即是我們不能直接觀測到的東西。暗物質的一個證據來自於螺旋星系。存在恒星和氣體的巨大的餅狀聚合體。我們觀測到它們圍繞著自己的中心旋轉。但是如果它們只包含我們觀測到的恒星和氣體,則旋轉速率就高到足以把它們甩開。必須存在某種看不見的物質形式,其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住。
暗物質的另一個證據來自於星系團。我們觀測到星系在整個空間中分佈得不均勻,它們成團地集中在一起,其範圍從幾個星系直至幾百個星系。假定這些星系互相吸引成一組從而形成這些星系團。然而,我們可以測量這些星系團中的個別星系的運動速度。我們發現其速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,這些星系團就會飛散開去。所需要的品質比所有星系總品質都要大很多。這是在這種情形下估算的,即我們認為星系已具有在它們旋轉時把自己抓在一起的所需的品質。所以,在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質。
人們可以對我們具有確定證據的那些星系和星系團中的暗物質的量作一個相當可靠的估算。但是這個估算值仍然只達到要使宇宙重新坍縮的臨界品質的百分之十左右。這樣,如果我們僅僅依據觀測證據,則可預言宇宙會繼續無限地膨脹下去。再過五十億年左右,太陽將耗盡它的核燃料。它會腫脹成一顆所謂的紅巨星〔紅巨星〕光譜呈橙色、紅色的巨星稱為紅巨星。其形成是因為在恒星演化過程中,由於內部核燃料的耗盡,熱核反應的速率減弱,打破了引力與輻射壓之間的平衡,恒星的外殼開始燃燒膨脹。直到它把地球和其他更鄰近的行星都吞沒。
它最後會穩定成一顆只有幾千英里尺度的白矮星〔白矮星〕一類低光度、高溫度、高密度的簡並態恒星,是恒星演化的一種歸宿。當恒星經過紅巨星階段損失大量品質後,剩下的品質若小於1.44個太陽品質,這顆恒星就演化成白矮星。我正在預言世界的結局,但這還不是。這個預言還不至於使股票市場過於沮喪。前面還有一兩個更緊迫的問題。無論如何,假定在太陽爆炸的時刻,我們還沒有把自己毀滅的話,我們應該已經掌握了恒星際旅行的技術。
在大約一百億年以後,宇宙中大多數恒星都已把燃料耗盡。大約具有太陽品質的恒星不是變成白矮星就是變成中子星〔中子星〕恒星在核能耗盡後,經過引力坍縮,依靠簡並中子的壓力與引力平衡形成的星體。中子星比白矮星更小更緊致。具有更大品質的恒星會變成黑洞〔黑洞〕一種特殊的天體,是時間—空間的一個區域。它的基本特徵是有一個封閉的視界。由於引力強大,就連光也不能從中逃逸出來,所以黑洞是看不見的。黑洞還更小,並且具有強到使光線都不能逃逸的引力場。
然而,這些殘留物仍然繼續繞著銀河系中心每一億年轉一圈。這些殘餘物的相撞會使一些被拋到星系外面去。餘下的會漸漸地在中心附近更近的軌道上穩定下來,並且最終會集中在一起,在星系的中心形成一顆巨大的黑洞。不管星系或星系團中的暗物質是什麼,可以預料它們也會落進這些非常巨大的黑洞中去。
因此可以假定,星系或星系團中的大部分物體最後在黑洞裏終結。然而,我在若干年以前發現,黑洞並不像被描繪的那樣黑。量子力學的不確定性原理〔量子力學的不確定性原理〕即德國物理學家海森伯(1901—1976)提出的測不准原理。它的量子力學意義是不能在同一個態中同時準確測量出粒子的位置和速度,粒子不可能同時具有定義很好的位置和定義很好的速度。粒子位置定義得越精確,則其速度就只能定義得越不精確,反之亦然。如果在一顆黑洞中有一顆粒子,它的位置在黑洞中被很好地定義,這意味著它的速度不能被精確地定義。
所以粒子的速度就有可能超過光速,這就使得它能從黑洞逃逸出來,粒子和輻射就這麼緩慢地從黑洞中洩漏出來。在一顆星系中心的巨大黑洞可有幾百萬英里的尺度。這樣,在它之內的粒子的位置就具有很大的不確定性。因此,粒子速度的不確定性就很小,這表明一顆粒子要花非常長的時間才能逃離黑洞。但是它最終是要逃離的。在一個星系中心的巨大黑洞可能花10(九十次方)年的時間蒸發掉並完全消失,也就是“1”後面跟90個“0”。這比宇宙現在的年齡要長得多,它是1010年,也就是“1”後面跟10個“0”。如果宇宙要永遠膨脹下去的話,仍然有大量的時間可供黑洞蒸發。
永遠膨脹下去的宇宙的未來相當乏味。但是一點也不能肯定宇宙是否會永遠膨脹。我們只有大約為使宇宙坍縮的需要密度十分之一的確定證據。然而,可能還有其他種類的暗物質,還未被我們探測到,它會使宇宙的平均密度達到或超過臨界值。這種附加的暗物質必須位於星系或星系團之外。否則的話,我們就應覺察到了它對星系旋轉或星系團中星系運動的效應。
為什麼我們應該認為,也許存在足夠的暗物質,使宇宙最終坍縮呢?為什麼我們不能只相信我們已有確定證據的物質呢?其理由在於,哪怕宇宙現在只具有十分之一的臨界密度,都需要不可思議地仔細選取初始的密度和膨脹率。如果在大爆炸後一秒鐘宇宙的密度大了一萬億分之一,宇宙就會在十年後坍縮。另一方面,如果那時宇宙的密度小了同一個量,宇宙在大約十年後就變成基本上空無一物。
宇宙的初始密度為什麼被這麼仔細地選取呢?也許存在某種原因,使得宇宙必須剛好具有臨界密度。看來可能存在兩種解釋。一種是所謂的人擇原理,它可被重述如下:宇宙之所以是這種樣子,是因為否則的話,我們就不會在這裏觀測它。其思想是,可能存在許多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近臨界密度的能存活得足夠久並包含足夠形成恒星和行星的物質。只有在那些宇宙中才有智慧生物去詰問這樣的問題:密度為什麼這麼接近於臨界密度?如果這就是宇宙現在密度的解釋,則沒有理由去相信宇宙包含有比我們已探測到的更多物質。十分之一的臨界密度對於星系和恒星的形成已經足夠。
然而,許多人不喜歡人擇原理,因為它似乎太倚重於我們自身的存在。這樣就有人對為何密度應這麼接近於臨界值尋求另外可能的解釋。這種探索導致極早期宇宙的暴漲理論。其思想是宇宙的尺度曾經不斷地加倍過,正如在遭受極端通貨膨脹的國家每隔幾個月價格就加倍一樣。然而,宇宙的暴漲更迅猛更極端得多:在一個微小的暴漲中尺度的至少一千億億億倍的增加,會使宇宙這麼接近於準確的臨界密度,以至於現在仍然非常接近於臨界密度。這樣,如果暴漲理論是正確的,宇宙就應包含足夠的暗物質,使得密度達到臨界值。這意味著,宇宙最終可能會坍縮,但是這個時間不會比迄今已經膨脹過的一百五十億年左右長太多。
現在小結如下:科學家相信宇宙受定義很好的定律制約,這些定律在原則上允許人們去預言將來。但是定律給出的運動通常是混沌的。這意味著初始狀態的微小變化會導致後續行為的快速增大的改變。這樣人們在實際上經常只能對未來相當短的時間作準確的預言。然而,宇宙大尺度的行為似乎是簡單的,而不是混沌的。所以人們可以預言,宇宙將永遠膨脹下去呢,還是最終將會坍縮。這要按照宇宙的現有密度而定。
事實上,現在密度似乎非常接近於把坍縮和無限膨脹區分開來的臨界密度。如果暴漲理論是正確的,則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統,兩方下賭注,以保萬無一失。宇宙局部運動的混沌狀態,不妨礙對它的宏觀預測。但宇宙的未來是膨脹還是坍縮,尚難定論。
【史蒂芬·霍金,英國理論物理學家,1942年1月生於英國的牛津。先後在牛津大學物理系和劍橋大學物理系學習,23歲獲博士學位。21歲時患上一種運動神經細胞病,以致全身不能動彈,不能說話。他身殘志堅,在大爆炸、黑洞等宇宙學理論上取得了舉世矚目的成就,被譽為當代的愛因斯坦。他的科普著作《時間簡史》增進了人們對宇宙的認識。現任英國劍橋大學盧卡遜數學講座教授。本文是霍金1991年1月在劍橋大學的一次講演錄。】
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