宇宙未來什麼樣？由“暗能量”了算

江旋

最近，在朋友圈裏關於第十三個星座“蛇夫座”的文章再度引起了瘋狂轉發，這或許只是再次驗證了一件事兒：站在地球上的人們會對頭頂上的星空百般好奇。但是，即便是在最晴朗的天氣下，我們看到的星空對於宇宙來，也只是非常渺小的一點。

你無法想象它有多渺小，盡管看上去是那麼的巨大和遙遠。在科學界的所有已知中，宇宙所能觀測到的恆星、行星和星系，加在一起的總質量還不到整個宇宙質量的4%，其余超過96%的部分是由一些神秘的物質組成的，即便是借助最高端的工具，科學家們也看不到，探測不到，甚至無法想象出它們的模樣。

這超過96%的神秘物質科學界把它們稱為暗物質和暗能量。對這些物質和能量的研究在天體物理學家看來，是通往宇宙未來的一條必經之路。

宇宙未來的幾種可能模式

天文學家第一次提到“暗物質”這個詞是20世紀30年代。在將近一個世紀的時間裏，科學家們對暗物質的組成想到了很多可能性，也提出了相應的探測方法。但遺憾的是，它的答案至今仍然不知道會出現在哪條路的終點。

但努力仍在繼續。2015年12月17日，我國一顆名為“悟空”的暗物質粒子探測衛星在酒泉發射升空。這是目前世界上觀測能段範圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。業內人士解釋其原理是，暗物質粒子可能會因為碰撞湮滅或衰變，而發出宇宙射線，我們就可以通過這些宇宙射線生的痕跡，即特定能譜來探測暗物質。

那麼，對於暗能量的探索又意味什麼呢？近日，著名天體物理學家張雙南在向公描繪宇宙未來將會如何發展時道：“這仍然是一個我們無法理解的事情，因為它的背后藏一個最重要的問題：主導宇宙加速膨脹的暗能量到底是什麼？”

張雙南，在愛因斯坦廣義相對論的框架下，國際科學界對暗能量的研究進行得非常多，但現在還處在不能理解的狀態。

不過，在現有的知識體系下，合理推論倒是可以嘗試的。因此，天體物理學家的工作往往也會被電影藝術進行演繹，用更為通俗和奇幻的姿態展現在人們面前，勾起人類對未知宇宙的好奇。

張雙南向公介紹了宇宙未來的幾種可能模式：一種模式是將來膨脹會停止，宇宙會塌縮起來，重新回到一個起點。第二種模式是所謂一個臨界的膨脹，即膨脹得恰好比較合適，達到一個臨界點的平衡。第三種模式是繼續加速膨脹，越來越快，最后星系和星系之間的距離越來越大。

“這還不是最可怕的，最可怕的是大撕裂，如果暗能量的性質有一種非常特殊的行為的話，我們未來的宇宙可能會出現大撕裂。大撕裂的意思是不僅僅星系和星系之間的距離會變得越來越遠，星系裏面的每個天體之間的距離也會變得越來越遠，星系會被撕裂掉，甚至於組成我們身體的原子都會被撕裂開。”

這種狀態光是想象就已經非常恐怖了。不過，對於腦洞大開的科幻電影工作者來，或許這也是一個不錯的題材和發。

宇宙觀的演變和挑戰

盡管宇宙的未來仍然不可測，但它的過去和現在正在隨一代又一代宇宙觀的演進而逐漸清晰。

張雙南介紹，首先出現的是古希臘人的宇宙觀，即地心。地心很符合當時的天文知識。但是后來的天文觀測，觀測到了行星逆行的現象，這個現象不能用地心解釋，所以直接印證了這個理論的缺陷。

而哥白尼的日心是人類宇宙觀第一次大飛躍。它解釋了當時所有的天文觀測現象，是一個全新的宇宙觀。但后來日心又很快就被證了，發現它不符合新的觀測事實。人類宇宙觀的第二次大飛躍是發現了太陽系不在銀河系的中心，盡管太陽是太陽系的中心，但是太陽不是銀河系的中心。

第三次飛躍則是哈勃望遠鏡觀測到了不同星系的類型，這些分類我們至今都在使用。哈勃認識到宇宙其實是浩瀚無邊的。

不僅如此，哈勃的宇宙膨脹學彌補了浩瀚無邊的宇宙理論的缺陷，提出了新的觀念。在這之前大家認為宇宙是靜止的，現在知道了宇宙是膨脹的，成為第四次飛躍。

再晚一些，有兩位工程師，彭齊亞斯和威爾遜，他們意外地發現不僅僅是銀河系，所有宇宙的方向上面都探測到了射電的信號，這些信號來自於宇宙大爆炸的時候，證實了宇宙大爆炸的起源，這是人類宇宙觀的第五次的飛躍。

第六次飛躍則是1998年時，三位非常年輕的天文學家本來是要研究宇宙膨脹如何減速的，卻意外發現宇宙的膨脹其實是在加速進行。這就意味，如果一百年前愛因斯坦發現的廣義相對論理論是正確的話，我們今天的宇宙加速膨脹是被暗能量驅動的。宇宙天體之間的膨脹速度、分離速度越來越快，這也給已知的宇宙觀帶來了非常大的挑戰。

“我們可以看到，每一次（新的發現）都是對以前觀念的缺陷的彌補，每一次新的觀念都是我們認識宇宙的一次飛躍。”張雙南道。

研究宇宙的行為本身也能夠創造商業價值。

2006年，美國航天管理局下屬的商業航天運載辦公室發布了《商業空間運載項目對美國經濟的影響》研究報告，該報告運用區域投入-出模型研究了商業空間運載業（發射工具製造、衛星製造、地面裝備製造、衛星服務、遙感、配送業）對美國主要業部門的影響，研究表明：商業空間運載業對美國經濟帶來的直接效應為166億美元，間接效應為463億美元，商業航天運載及衍生業對於相關業的短期帶動乘數為5.89。

國外學者在研究航天業對經濟增長的長期貢獻時，採用的一般方式是：先運用生函數測定科技進步對經濟增長的貢獻，再測算航天科技投入對科技進步率的貢獻，然后測算出航天科技投入對經濟增長的貢獻。或許對於人類來，宇宙觀的革新也不僅僅是滿足對未知的好奇，誰也不知道哪一天我們是否需要像《星際穿越》描繪的那樣，穿越浩瀚的宇宙去尋找那孤獨的第二故鄉。