宇宙何时终结？科学家：还有10^78年，比预计快10^1022年！

《宇宙学与天体粒子物理学》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）杂志刊载的一项新研究显示[1]，宇宙终结的时间预计在10^78年之后，这比此前预计的时间早了10^1022年。那么，科学家是如何计算出宇宙的终结时间呢？宇宙又会以怎样的方式终结？

现代宇宙学认为，宇宙有一个时间开端，那时距今大约138亿年。之所以认为宇宙有一个起源时间，是因为天文学家发现宇宙正在膨胀。

当天文学家观测宇宙中的星系时，结果发现了一种十分反常的现象，绝大部分星系都在远离银河系而去，只有银河系附近的少数星系才有显示出在靠近我们。更为奇特的是，那些遥远星系远离银河系的速度正比于它们与我们的距离。

能够解释这种特殊现象的原因只有一个，那就是宇宙空间在不断膨胀。也就是说，我们存在于空间之中，但空间自身结构在不断扩张开来，变得越来越大。如果把时间回溯到最初时刻，那么，所有的宇宙空间都会缩小到一个无限小的奇点中，这就是宇宙的起源。

宇宙起源之后，最初时刻的纯能量逐渐转化为物质。后来，随着宇宙的进一步冷却，恒星、星系开始形成，恒星通过核聚变反应不断发光发热，宇宙逐渐开始变得明亮起来。

但恒星不是永恒的，在耗尽燃料之后，也会迎来终结。对于质量超过太阳质量20倍的恒星，它们的核心最后会强烈坍缩为黑洞，这种极端天体就连光都能吞噬掉。对于质量介于太阳质量8到20倍的恒星，它们的核心会坍缩成由中子构成的致密中子星。宇宙中绝大部分都是质量小于太阳质量8倍的恒星，它们的核心最后会坍缩为白矮星。

当宇宙中的气体云耗尽时，将没有新的恒星形成。等到所有恒星演化到最终阶段，宇宙中只剩下各种恒星的核心残骸及其附近的行星，整个宇宙将会陷入一片死寂。但宇宙的终结并非是这样，而是走向更加极端的状态：完全蒸发殆尽！

这还要从霍金辐射说起。黑洞因其极端的引力，就连光都能被束缚其中，所以物理学家长期以来认为黑洞只会吞噬更多物质和能量，从而变得越来越大。然而，霍金却指出，黑洞自身在不断蒸发。

根据量子力学，空间会出现随机的量子涨落，从而产生虚粒子对。这种特殊的粒子对由粒子和反粒子组成，它们从空间中借走了能量而产生，但又会在极短时间内互相碰撞发生湮灭，从而把能量归还给空间，维持了能量守恒定律。

霍金认为，如果这种虚粒子对出现在黑洞表面（事件视界）的边缘，在黑洞强大引力的作用下，带有负能量态的粒子掉入黑洞之中，而另一个粒子逃离黑洞，这样就会带走黑洞的一点质量，从而让黑洞看起来在向外蒸发，这就是霍金辐射。

在此次新研究中，物理学家通过理论推导得到了新结论，霍金辐射的过程在理论上也适用于其他具有引力场的物体：小到沙子，大到宇宙天体，都是适用的。理论进一步表明，一个物体通过霍金辐射而彻底蒸发所需时间只取决于它的密度。

计算结果显示，中子星和恒星黑洞的彻底蒸发时间都是10^67年。理论上，黑洞有更强的引力场，这应该会导致它们蒸发得更快。但是黑洞没有实体表面，它们重新吸收了一些自身的辐射，从而抑制了这一过程。

此外，作为宇宙中最持久性的天体，白矮星通过霍金辐射而完全蒸发所需要的时间为10^78年，这要比先前预计的10^1100早了很多。

根据这项研究，10^78年后，宇宙将消耗掉所有的有用能，宇宙的熵增加到最大值，整个宇宙达到热平衡，这就是热寂的终极命运。当然，现在距离宇宙终结还要很久，目前宇宙诞生至今差不多少是10^10年，这只是宇宙终结时间的一个零头。

参考文献

[1] H. Falcke et al, An upper limit to the lifetime of stellar remnants from gravitational pair production, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2025, DOI: 10.48550/arxiv.2410.14734.