宇宙的产生就意味着死亡!
其实当第一次听说宇宙是因为大爆炸产生的一些碎屑（相当大的碎屑）产生的，我就想宇宙该怎么结束？就像生命就是为了死亡一样。宇宙的存在也是为了消失。这不是悲观而是高度的乐观！其实还有一个 疑问，如果宇宙不是因为大爆炸产生的那会是什么？是什么呢？这个问题差点把我弄死，不是因为我很爱真理而是觉得按我的想法一个东西爆炸了肯定是有原因和结果的。简单的调侃了一下，下面言归正传。
「宇宙的起源是一场大爆炸，它炸开了空间，也创造了时间；星系、星球、地球、空气、水和生命就在这个时空里渐渐形成。」这是连爱因斯坦都相信的理论。但这个学说在最近一、两个星期内开始受到严厉的挑战和质疑。如果大爆炸理论是正确的，那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈伯太空望远镜观测到一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。
哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。这个发现上星期在英国的“自然”杂志发表，引起天文物理界莫大的震撼。
从二十世纪初以降，包括爱因斯坦在内的大部分天文物理学家都相信，宇宙是由大爆炸所产生；由于质能互换原理，爆炸的能量最后转为物质。这个学说建立于三个重要的基石上。第一个，由数学上证明广义相对论只容许唯一的解，这个数学解就是在时间的原点，整个宇宙的大小是一个点，大爆炸炸开了一个三度空间。由于空间以一定的速率不断的膨胀，因此整个空间瞬间的大小也给了时间一个指标和定义。这就像武侠小说中“半柱香的时刻”，以一柱香的长短来测量时间是一样的。第二个基石是，美国天文学家哈伯在爱因斯坦发明了相对论的二十年后，发现了宇宙是在膨胀，并且越远的星系膨胀的速度越快。这个发现大致吻合相对论的数学解。第三个基石最具关键性，在七十年代，美国的天文学家发现了宇宙的背景辐射。由于宇宙的膨胀，大爆炸时的热能目前应已降到绝对温度数度左右，符合观测结果2.7度。从此，天文物理学家发展了一套标准模型，来解释这个膨胀的空间里一切物质的起源。但是宇宙到底确实膨胀多快，哈伯并无法确定。这个缺憾预留了一些空间让以后的天文物理学家去发展另一套不同于爱因斯坦相对论的学说。但是这些学说都是非主流。美国的哈伯太空望远镜的主要任务也就是要弥补当年哈伯观测的缺憾，要决定目前宇宙在单位距离内膨胀的速度。星球在膨胀空间里的分布就像一些点分布在正在膨胀的气球表面一样。点与点之间的距离会因膨胀而变大，分离的速度不但和气球膨胀的速度成正比，也和点与点之间的距离成正比。距离越大的两点，它们之间分离的速度越大。所以若不知任意两点之间的距离，只光知道两点分离的速度是无法知道整个气球膨胀的速度。同样的，若欲决定宇宙膨胀的速度，我们不但要知道星球之间分离的速度，也要同时知道星球之间的距离。天文学家可用所谓的都卜勒效应来测量任一星球远离地球的速度。但是，星球与地球之间的距离便不容易决定。因此哈伯常数（单位距离内的膨胀速率）相当难决定出来。
上个星期发表在“自然”杂志上的发现为在室女星系团内的上千颗造父变星。变星是光度有周期性变化的星，愈大的变星周期愈慢，可是愈大的星愈亮。所以变星的周期和绝对亮度有一定的关系，而造父变星的周期和绝对亮度之间的关系可以很准确的决定出来。但是，星球距地球越远看起来越暗，因此观测到的亮度并不是星球本身的绝对亮度。若是有办法知道星球的绝对亮度，再加上观测到的量测亮度，星球的距离便可知道。在天文上，远距离是无法直接测量的，造父变星提供了一个绝佳的机会来测量距离。天文学家可以量遥远变星的周期，大致上是几十天之谱，从而决定变星本身的绝对亮度，再和观测到的亮度相比，变星和地球的距离即可决定。
室女星系团距地球相当远，大约为几千万光年之遥，因此膨胀的速度可以相当快，可以利用都卜勒效应准确的测量出来。要是它的距离亦可准确的测量出来，哈伯常数便可准确地决定，大爆炸距现在的时间的上限便也能决定。上星期发表的造父变星让天文学家准确地决定哈伯常数。宇宙在单位距离内膨胀的速率为每一百万光年27公里。它也代表大爆炸至早发生在一百二十亿年前。但是，天文学家又知道，银河系中的一些古老的星球年龄为一百六十亿年。这代表星球需要生于大爆炸之前。这个结果不符合因果律，因此大爆炸标准模型受到质疑。这个发现也让非主流学说有一个发展的空间。
其实，在逻辑的结构上，非主流派中的主流理论是可以和爱因斯坦的相对论相比美。如上所述，相对论的宇宙观是空间是相对的，没有原点，但时间是绝对的，有一个原点。相对论的宇宙观并且认为，宇宙的总能量守恒，没有凭白无故冒出多余的能量，也不能损耗总能量。但是另一个学说却认为时间和空间是相对的，两者都没有原点，所以宇宙是在一个时空的平稳状态中存在。在这种理论架构下，时间和空间有完整的对称性。为了要解释宇宙膨胀，这个学说必须放弃能量守恒的想法。它认为能量是可以无中生有，并且越来越多，物质也可以无中生有，愈来愈多。这就好像宇宙中蕴藏著无数的涌泉，随时随地冒出物质来。这些涌出的物质必须往外流，因此宇宙膨胀。因为物质随时涌出，所以不需要一个时间的绝对原点；物质随地涌出，所以空间也没有绝对原点。这个学说不需要大爆炸便可以解释宇宙的膨胀，并且也可以解决宇宙年龄的问题。可是，这个学说必须面对一个挑战，那就是如何解释宇宙背景辐射的温度。在1970年代，这个大爆炸理论的第三个基石是此学说的致命伤。在不久的将来，此学说会不会因上星期的发现而败部复活？我们可以拭目以待。
相对论宇宙模型或上述非主流的平稳态宇宙模型，对有创意的天文物理学家而言，绝非是个二选一的答案。其实，一般相对论的教科书上都不会提到广义相对论本身是有些缺陷的。从时空的完美对称性来看，它有上述需要时间原点的问题。除了时间、空间的问题之外，从物理学的相对性原则而言，它也有另一个问题，所谓的惯性座标问题。十九世纪末，一位澳洲科学家马克提出一个宇宙学的问题。我们举目观星，如果连续看一、两个钟头，就会发现群星绕著北极星转。马克问道：「到底这是因为地球自转造成的，还是群星真的绕著地球旋转？」这个问题乍看之下相当不智，因为这像是十六世纪哥白尼时代的问题：「到底是地球绕著太阳转，或是太阳绕著地球转？」标准答案当 然是地球自转所造成的。但是马克又道：「如果一切物理现象都是相对的，地球自转和群星绕地球转就必须是一体的两面。」举例来讲，要是你绕著原地自己旋转，你会感觉头晕，但是如果你站著不动，而周遭所有的物体都绕著你转的话，你也将会感到头晕。马克认为一个理想的宇宙模型应该能具有这个特性，一切都是相对的，转动也是相对的。这便是所谓的马克原则。爱因斯坦自己也承认，他是受到马克原则的启发才发明广义相对论。但是，不幸的是相对论无法做到马克原则的要求。相对论的宇宙必须很清楚地标示到底宇宙本身转不转。现存的标准宇宙模型是采取宇宙不转。所以我们对群星绕天的标准解释才会是地球自转。附带说明一点，至今还没有任何一个宇宙模型可以完全符合马克原则，上述的平稳态宇宙模型也不例外。
虽然最近的发现开始让天文物理学家对现存的标准理论提出质疑，但我们还需要一连串进一步的观测证据才能宣判标准模型的对否，国际的天文学界在未来的几年必然有一番激烈的竞争，看那个国家或那一个研究群抢先掌握这个问题的答案。同时，在宇宙学的理论模型方面，亦会有百家争鸣的机会。台湾的天文物理学界在这个热烈的气氛中可做什么贡献呢？我们没有太空望远镜，没有研究用的中大型望远镜，但是我们有世界研究级的玉山天空。可以做的可能是带著一群一流的脑袋上玉山，看著万星钻动的夜空去想像，去思索如何建立一个更完美的宇宙学理论模型。
宇宙想怎么“死”
[美国《时代》周刊4月lO日一期文章]题：宇宙将会如何终结?(是“砰’的一声大爆炸还是在呜咽声中逐渐消亡?)(作者蒂莫西费里斯)
原文提要 科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果表明，宇宙最终不会变成一团熊熊燃挠的烈火，而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的．黑暗。
将宇宙作为一个整体进行研究的宇宙哲学，对于我们这些生活在地球上的凡夫俗子来说，还是一门崭新的科学，而在这门博大精深的科学中，我们对宇宙的最终命运之谜了解得最少。但是人类至少已经发现了几条可以揭示宇宙命运的线索，其中一些线索可以给我们带来希望，而另一些线索却只能使人觉得沮丧。
两条线索
好消息是我们暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。宇宙很可能至少可以将目前这种适于生命存在的状态再维持l000亿年。这相当于地球历史的2O培，或者相当于智人(现代人的学名)历史的5O0万倍。如果人类在公元1000亿年的新年前夜到来之前就已经消亡，无法施放焰火庆祝新年的到来，那绝对不会是宇宙本身的错。
坏消息是没有什么东西是可以永远存在的。宇宙也许不会消失，但是随着时间推移，它可能会让入觉得越来越 “不舒服”，并且最终变得不再适于生命存在。计算这种情况何时会出现以及将会怎样出现确实是一 门令人心情抑郁的科学，但是我们也不得不承认这项研究本身也有一种冷酷的魅力。从天文学家埃德温哈勃1929年发现宇宙正在膨胀以来，经典的“创世大爆炸”理论经过了几十年的不断修改。根据这一 理论，宇宙的最终命运将取决于两种相反力量之间的“拔河比赛”的结果。一种力量是宇宙的膨胀，在过去10O多亿年的时间里，宇宙的扩张 一直在使星系之间的距离拉大。另-种力量是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力：它就像制动器一样使宇宙扩张的速度逐渐放慢。
这个问题非常简单，如万有引力足以使扩张最终停止，那么宇宙就注定会发生坍缩，最终变成一个大火球——同创业大爆炸相当，但过程正好相反的“大崩坠”。如果万有引力不足以阻止宇宙的待续膨胀，那么它最终将变成一个令人感到“不快”的黑暗和寒冷的世界。恒星是通过使轻原子核(主要是氢和氦)发生聚变反应形成较重的原子核来产生能量的。当恒星内部储存的氢和氦消耗殆尽的时候，衰老的恒星上燃烧的火焰会因为没有新的原子来替代已经消耗掉的原子而熄灭，同时宇宙也会逐渐衰变成一个漆黑一团的空间。
一个结局
任何一 种结局看起来好像都在预示生命的消亡。如果宇宙的最终命运是熊熊烈火，“大崩坠”就会熔化一切，甚至亚原子粒子也难逃厄运。另一 方面，如果宇宙以无边的寒冷和黑暗而告终的话，宇宙中的生命形式就有可能存在很长一段时间——例如，智慧生命可以通过从洞中提取引力能来获得能源从而维持自己的生存。但是，在所有的物体都已经衰减到差不多相同温度(略高于绝对零度)的情况下设法维持生存，就像是要利用—潭死水来推动水磨一样困难。
不过我们的最终命运目前还无法确定，部分原因是我们还不能判断扩张和有行引力这两者谁会取得最后的胜利。大多数天文学观测的结果支持前者，但是目前仍然存在着许多不确定的因素。其中之一是令人大伤脑筋的“暗物质”问题。对星系运动方式的研究表明，星系中蕴藏着大量的非星系内部引力，这说明我们能够看到的恒星和星云仅占宇宙物质总量的1％至10％。其余的物质是不可见的；这些物质并不发光。目前还没有人知道这些暗物质到底是什么。—钟可能性是它是由弱相互作用大质量粒子(wIMp)构成的。在我们能够确定暗物质的成分并用数学方法对其进行计算之前，以我们目前能够看到的一切为基础对宇宙的未来进行预测是绝对靠不住的，这就像是首先在乡村俱乐部对几个打高尔夫球的人进行民意测验，然后根据测验结果来预测全国大选的结果一样缺乏可信性。
同时，讽刺文学作家和宿命论者对于这种“火或冰”的结局也感到了一种带有苦涩意昧的满足，这充分反映出人类，思维意识的精髓：没有人可以活着脱离中活的苦海。而这正是使我对这一宇宙的最终命运产生怀疑的原因。我们在开科学方法研究宇宙哲学的过程中总结出来的重要经验是：宇宙的发展变化常常并不符合我们长期以来已经确立的思维方式——要理解宇宙，我们需要新的思维方式。爱因斯坦的弯曲空间、海森伯格的不确定原理等诞生于20世纪的概念使我们的思维方式发生了重大改变，同时人们也认识到每时每刻都有数以万亿计的亚原子粒子在我们的身体里快速运动但却并未造成任何损害，这些都是现代宇宙哲学不可或缺的组成部分，所以我认为我们有理由假设在即将到来的新世纪里；人们将敞开大门接受一些更加奇异的概念。因此，我们或许有可能从尚未开启的大门下面瞥见门后发出的几道光线，而在这儿道光线的帮助下我们也许就可以对宇宙的未来作出更加准确的预测了
不确定因素
与宇宙最终命运有关的一个不确定因素涉及膨胀理论，根据这一理论，宇宙始于—个像气泡一样的虚无空间，这个空间最初的膨胀速度要比光速快得多，宇宙学家之所以相当重视膨胀理论是因为这一理论解决了一些创世大爆炸理论的早期版本所无法解决的问题，此外，膨胀理论对于研究宇宙 的最终命运也有—些启示作用。其中包括：最初推动宇宙高速膨胀的力量(有时根据它在爱因斯坦的广义相对论方程式中的代号用希腊字母入表示)在宇宙像“打嗝”一样 膨胀结束之后也许并没有完全消退。它可能还存在于宇宙中，伏在虚无的空间，不断推动宇宙 持续扩张，就像胡座员在幕间休息结束后斯文有礼地引导观众回到剧场一样。对遥远的星系中正在爆发的恒星所做的观察表明，这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。如果真是这样的话，决定宇宙未来命运的拔河比赛”就不仅涉及宇宙的扩张和万有引力的制动作用，而且还与微妙的徘徊不去的膨账推动力所产生的可以使宇宙无限扩张下去的涡轮增压作用有关。
但是，最能引起人们兴趣的未知数也许是智慧生命本身在宇宙中扮演着什么样的角色。正如物理学家弗田曼戴森所说：“如果不将生命和智慧的作用考虑在内，对遥远的未来进行详细的预测是不可能的。”好坏姑且不论，地球相当大的一部分确实已经被—种有能力为了自己的利益而操纵其生存环境的智能物种改变了。
与之相似，存在于遥远未来的先进文明也许有能力熔化许多恒星甚至整个星系，从而生起一堆巨人的“营火”，或者使宇宙的长期发展朝着对这—文明有利的方向前进。在宇宙逐渐衰亡的没落时期，生活也许会变得非常枯燥乏味，但是这种生活可能会持续很长的时间。试想一下我们能够看到的宇宙在未来1万亿年时间里可以动用多少天然智能和人工智能资源吧。你认为那种高度发展的智慧和以19世纪的热力学知识为基础、认为人类注定会灭亡的观，点究竟谁会取得胜利呢?
所以．让我们拭目以待，正如爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到担忧的孩子的信中所说：“至于谈到世界末日的问题，我的意见是：等着瞧吧!”
