宇宙“大坍縮”將在100億年后開始？

“暗能量光譜儀（DESI）”第一年的三維數(shù)據(jù)切片。地球位于扇形底部的尖端，每個點代表一個星系。點開可以看到文字注釋。圖中包含約60萬個星系，不到數(shù)據(jù)總量的0.1%。

DESI / NOIRLab / NSF / AURA / R. Proctor

若非我們身處宇宙特殊地帶產(chǎn)生的“幻覺”，如果主宰宇宙加速膨脹的“暗能量”的確會隨著時間的推移發(fā)生變化，那么我們的宇宙將會在比預(yù)期更早的時間開始“大坍縮”并最終歸零。這是近日一批包括中國學(xué)者在內(nèi)的宇宙學(xué)家對宇宙命運的看法。

過去幾年中，針對星系的多次大規(guī)模巡天結(jié)果顯示，驅(qū)動宇宙加速膨脹的神秘力量——“暗能量”可能會隨時間推移發(fā)生變化。如若果真如此，那么現(xiàn)有的認知將被顛覆——因為這意味著我們最簡單的暗能量模型，亦即“宇宙學(xué)常數(shù)”，可能是錯的。

這一新發(fā)現(xiàn)為理論探索提供了廣闊的空間，人們可以在此基礎(chǔ)上針對各種可能性甚至是全新的宇宙學(xué)理論進行探討。在6月30日提交的一篇尚未經(jīng)同行評議的論文中，研究人員提出了一個復(fù)雜的新暗能量模型。依照該模型，我們宇宙未來的行為方式令人震驚。

在這個新模型中，“暗能量”由兩部分組成。一部分是所謂的“軸子（axion）”。“軸子”是一種假想中的超輕粒子，很難和物質(zhì)發(fā)生相互作用。這種粒子滲透在整個宇宙，它的平均能量驅(qū)動了宇宙當前階段的加速膨脹。

模型中組成“暗能量”的另一部分是所謂的“宇宙學(xué)常數(shù)”?！坝钪鎸W(xué)常數(shù)”也是愛因斯坦廣義相對論中的一個“理想化參數(shù)”，也能夠?qū)Α鞍的芰俊奔右越忉?。但是在本模型中，“宇宙學(xué)常數(shù)”的值較低，因為宇宙加速膨脹的另一部分是被“軸子”驅(qū)動的。

研究人員發(fā)現(xiàn)，若以此模型來解釋暗能量巡天的數(shù)據(jù)，最佳的擬合方式是引入負“宇宙學(xué)常數(shù)”。

基于該理論，我們宇宙當前的加速膨脹只是暫時的，其背后的推動力是所謂的“軸子場”。而隨著時間的推移，“軸子”會被逐漸稀釋并失去推動能力，負“宇宙學(xué)常數(shù)”將會接管宇宙的命運。

負“宇宙學(xué)常數(shù)”將導(dǎo)致與正“宇宙學(xué)常數(shù)”完全相反的結(jié)果——它將使宇宙的膨脹減速。也就是說，未來宇宙的膨脹將越來越慢，并在某個時間點上完全停止且開始反轉(zhuǎn)，進入“大坍縮（Big Crunch）”階段。

宇宙“大坍縮”的終點是一個與“宇宙大爆炸”完全相反的狀態(tài)。宇宙中的所有星系，所有的物質(zhì)和能量，都會向一個越來越小的空間聚集，宇宙的密度會變得越來越大，溫度也會越來越高。最終，一切都又將還原為一個新的“奇點”。

根據(jù)新理論的預(yù)測，我們宇宙將會比預(yù)期更早地走上“坍縮”之路。宇宙將在大約在100億年后停止膨脹開始反轉(zhuǎn)——這比宇宙當前的年齡還短。宇宙的“坍縮”將再持續(xù)大約100億年，然后在200億年后“歸零”。掐指一算，宇宙的壽命總計不過330億年多一點。

當然這只是一個假說。當前的暗能量巡天結(jié)果只是初步的，未來是否能夠經(jīng)受住反復(fù)驗證仍然未知。即使我們發(fā)現(xiàn)“宇宙學(xué)常數(shù)”確實在變小，也不足以證明這個模型是正確的。事實究竟如何，也只有讓時間來說話了。

“暗能量光譜儀（DESI）”第一年的三維數(shù)據(jù)切片。地球位于扇形底部的尖端，最遠星系距離約110億光年，每個點代表一個星系。

DESI / NOIRLab / NSF / AURA / R. Proctor

參考 The Lifespan of our Universe https://arxiv.org/pdf/2506.24011