物理学家：宇宙将在约 200 亿年后以“大坍缩”的方式终结

IT之家 10 月 27 日消息，根据康奈尔大学一位物理学家利用最新暗能量数据进行的计算，宇宙可能拥有约 330 亿年的寿命，而目前正处于这一寿命的中点附近。研究结果表明，宇宙将继续膨胀大约 110 亿年，随后将开始收缩，并最终在一场剧烈的“大坍缩”（Big Crunch）中塌缩为一个单一奇点。

这项研究由文理学院荣休物理学教授、霍勒斯・怀特讲席教授泰亨利（Henry Tye）主导完成，他通过更新包含“宇宙学常数”（cosmological constant）的理论模型得出了上述结论。该概念最早由阿尔伯特・爱因斯坦在一个多世纪前提出，现已被现代宇宙学家广泛用于描述宇宙的膨胀行为。

“过去 20 年来，人们一直认为宇宙学常数是正值，意味着宇宙将永远膨胀下去，”泰亨利表示，“但新的观测数据似乎表明，宇宙学常数可能是负值，这意味着宇宙终将以‘大坍缩’告终。”

该研究近期发表于《宇宙学与粒子天体物理学杂志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）上。

预测宇宙的命运

据IT之家了解，当前宇宙年龄约为 138 亿年，仍在持续向外膨胀。泰亨利指出，宇宙未来的命运取决于宇宙学常数的符号：若为正，则宇宙将无限膨胀；若为负，则宇宙将在达到最大体积后开始反向收缩，最终完全坍塌。他的计算支持后者 —— 即宇宙将在遥远未来收缩至零体积，标志着时空本身的彻底终结。

这正是泰亨利基于其最新模型所得出的结论。“这个‘大坍缩’定义了宇宙的终点，”泰亨利写道。根据模型推算，这一事件预计将在约 200 亿年后发生。

来自暗能量观测的新数据

今年的重大科学进展来自南半球智利的“暗能量巡天项目”（Dark Energy Survey, DES）和北半球亚利桑那州的“暗能量光谱仪”（Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI）在今年春季发布的报告。泰亨利指出，这两个分别位于南半球和北半球的天文台，其观测结果高度一致。它们的核心目标在于检验：占宇宙总质量-能量 68% 的暗能量，是否真的源自一个纯粹的宇宙学常数。然而，观测结果显示，宇宙不仅受制于一个恒定的宇宙学常数驱动，暗能量本身似乎还存在更复杂的动态行为。

在论文中，泰亨利及其合作者提出了一种假想的极低质量粒子模型：这种粒子在宇宙早期表现得如同宇宙学常数，但如今已不再如此。这一简洁的模型能很好地拟合现有观测数据，同时却将底层的宇宙学常数推向负值区域。

“此前就有人指出，如果宇宙学常数为负，宇宙最终将会坍缩 —— 这一点并不新鲜，”泰亨利说，“但我们的模型进一步明确了宇宙何时坍缩、以及如何坍缩。”

观测进展与宇宙学的未来

泰亨利强调，更多观测数据仍在陆续获取中。目前全球有数百名科学家正在通过对数百万个星系及其间距的观测来测量暗能量，以收集更加精确的数据用于完善理论模型。DESI 项目还将继续运行一年，而包括圣地亚哥的兹威基瞬变设施（Zwicky Transient Facility）、欧洲空间局的欧几里得太空望远镜（Euclid）、美国国家航空航天局（NASA）最近发射的 SPHEREx 任务，以及即将投入运行的薇拉・鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory，以 1951 届硕士毕业生薇拉・鲁宾命名）在内的多个新一代观测设备也正在进行或即将启动相关观测。

泰亨利认为，能够对宇宙寿命进行定量估算是一项令人鼓舞的进展。“了解生命的起点与终点，是理解生命本身的关键，”他说，“对于我们的宇宙而言也是如此。上世纪 60 年代，我们确认了宇宙有一个开端；接下来的问题自然是：它是否有终点？多年来，许多人认为宇宙会永恒延续下去。现在看来，如果这些数据经得起检验，那么宇宙确实会有终结之日 —— 这本身就是一项意义深远的认知突破。”