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宇宙学的末日
（2008年05月17日 20:26）
来源：环球科学
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100年前《科学美国人》上刊登的一篇有关宇宙历史和大尺度结构(large-scale structure)的文章，几乎完全错了。
1908年，科学家们相信，我们身处的这个星系就是整个宇宙。他们认为宇宙就是被无尽的虚空包围着的一群孤独的恒星，因此宇宙又被称为“宇宙岛”(island universe)。现在我们知道，银河系不过是目前能够观测到的4,000多亿个星系之中的普通一员。
1908年，科学界一致认为宇宙是静态而永恒的。宇宙起源于一场炽热的大爆炸，这样的观点哪怕是最疯狂的幻想家也根本未曾想过。元素在大爆炸最初时刻产生，后来在恒星内部合成的理念，在1908年还不为人知；空间会膨胀和弯曲、物质决定空间曲率的说法更是天方夜谭。整个宇宙空间都沉浸在创世大爆炸的寒冷余辉留下的微波辐射之中这一事实，要等到现代技术发展起来以后，才会被人发现。有趣的是，发明这种技术的目的，并不是为了探索宇宙，而是为了让人们能够打电话回家。
很难想象，在过去的一个世纪里，还会有哪个知识领域像宇宙学这样，经历如此天翻地覆的变化，这种变化还改变了我们对世界的看法。不过，未来的科学一定比过去更能反映实际情况吗？我们最近所作的一项研究暗示，在宇宙学时标(cosmic timescale，足以明显看出宇宙演化的时间尺度，动辄以亿年为单位)上，这个问题的答案是否定的。我们极有可能生活在宇宙历史上唯一一个，能够让科学家准确了解宇宙真实情况的时代。
我们这项研究的起因，源于10年前天文学上一个引人注目的大发现。当时，两个各自独立的天文学家团队追溯了过去50亿年宇宙的膨胀过程，发现宇宙似乎正在加速膨胀。科学家们认为，这种让宇宙对抗引力作用而加速膨胀的力量，源于一种与真空联系在一起的“暗能量”(dark energy)。事实上，在此之前，包括本文作者克劳斯在内的一些理论学家，就已经通过间接测量预料到了这一结果。不过从物理学角度来说，这项发现应该算是第一个直接观测证据。宇宙的加速膨胀意味着真空中包含着大量能量：就算把当前能够观测到的宇宙结构，包括星系、星系团和超星系团等全加在一起，所含能量也仅仅相当于真空能量的1/3。具有讽刺意味的是，这种形式的能量最早是爱因斯坦提出的，目的却是为了维持一个静态的宇宙。他把这种能量称为“宇宙学常数 ”(cosmological constant)。
暗能量将对宇宙的未来产生巨大的影响。克劳斯曾经和美国华盛顿天主教大学(Case Western Reserve University)的宇宙学家格伦·斯塔克曼(Glenn Starkman)一起，合作探讨了这样一个问题：在一个包含宇宙学常数的宇宙中，生命的最终命运将会如何。结论是：不太乐观。这样一个宇宙将演变成一个非常不适宜生存的地方。宇宙学常数会产生一个固定的“事件视界”(event horizon)，在这种假想边界以外，任何辐射或物质都不可能被我们看到。宇宙看起来就像一个内外颠倒的黑洞，物质和辐射不断被吸出视界，然后永不回头。这一发现意味着，可观测宇宙包含的信息是有限的，因此生命和信息处理过程都不可能永久持续下去。
不过，用不着担心有限的信息可能会带来麻烦，在信息极限成为问题之前很久，所有随着宇宙一起膨胀的物质就会被推到事件视界以外。美国哈佛大学的亚伯拉罕·洛布(Abraham Loeb)和长峰健太郎(Kentaro Nagamine)研究了这一过程。他们发现，我们所说的“本星系群”(Local Group of galaxies，由银河系、仙女座星系和许多围绕它们旋转的矮星系构成)将坍缩成一个巨大的超星系。所有其他的星系都将消失在事件视界以外。这个过程将历时1,000亿年，看起来也许很长，但与永恒的荒芜相比，也只不过是转瞬之间而已。
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