天文宇宙的最终命运 编译/高俊方 张兆晋

 在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。人们已经认识到，客观事物不是静止不变的，而是处于不断变化之中的。以现代高能粒子物理与广义相对论为基础建立起来的理论宇宙学，已能从理论上描述出从大爆炸（Big Bang）到星系形成和演化的整个过程。大爆炸模型在一定程度上已被河外星系谱线红移、宇宙微波背景辐射等现代天文学的观测结果证实。 把宇宙想象成在任何时间、任何地点都相同的最后一次尝试是在上世纪40年代。当时，英国天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）、美国天文学家赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi ）美籍奥裔天文学家托马斯·戈尔德（Thomas Gold）提出了稳恒态宇宙模型（Steady-state model）。这个理论认为，宇宙物质在空间和时间的分布上是均匀不变的。根据这一原理，哈勃常数应是一个不随时间变化的常数。宇宙既然不断地在膨胀，同时又要求保持宇宙物质分布上的均衡，且不随时间改变，必然要求物质在不断地产生，又随宇宙的膨胀不断脱离视界而去，从而保持宇宙物质的密度始终不变。但这个理论无法解释后来发现的宇宙背景辐射，河外射电源计数结果也与它的预言数不一致，因此在上世纪60年代就被大多数科学家否定了。目前公认的理论是所谓的“宇宙标准模型”，它给出了一个以大爆炸为起点，一直推演到现今宇宙演化的时间表。按照这个理论，宇宙是以大爆炸为起点的，空间和时间从那时起诞生。但是，如果认为宇宙是有起点的，那我们当然要问它是否也会有终结的时候。若有终结，那它最后结局又将是怎样的呢？ 几代哲学家苦苦思索的宇宙的起源和演化问题，现在已经成了天体物理学家和粒子物理学家们的天职，不过他们对宇宙最终结局的种种描绘并不美妙。以斯蒂芬·霍金为代表的一些科学家认为，宇宙将会在一次大坍缩（Big Crunch）中灭亡，而这种大坍缩与宇宙诞生时的大爆炸正好相反。也有科学家认为，未来的宇宙将会不断膨胀下去，而且膨胀速度越来越快。当宇宙膨胀到一定时候，宇宙中所有普通物质如恒星和行星的能量都将被耗尽。最终变成一个寒冷而死寂的世界。 那宇宙的最终结局到底是哪一个呢？其决定因素就是宇宙的总质量。围绕这个最关键的数据，科学家们展开了积极地研究，尤其是要搞清神秘的暗物质到底是什么，它的数量又有多少。李政道认为这个问题是21世纪的四大科学问题之一。