物理学家指出，宇宙大约会在200亿年后以“大坍缩”的形式走向终结

10月27日消息，康奈尔大学的一位物理学家借助最新暗能量数据展开计算后发现，宇宙的寿命或许约为330亿年，当下正处于这一寿命的中点左右。研究结果显示，宇宙还会持续膨胀约110亿年，之后便会启动收缩过程，最终在一场猛烈的“大坍缩”（Big Crunch）里坍缩成一个单一奇点。

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）主持完成，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。这一概念最早由阿尔伯特・爱因斯坦在一个多世纪前提出，如今已被现代宇宙学家广泛用于描述宇宙的膨胀特性。

“在过去的20年里，宇宙学常数被普遍认为是正值，这暗示着宇宙会一直膨胀下去，”泰亨利说道，“然而新的观测结果似乎显示，宇宙学常数或许是负值，这就意味着宇宙最终会以‘大坍缩’的方式结束。”

该研究近期发表在《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

IT之家了解到，目前宇宙的年龄大约是138亿年，并且还在不断向外膨胀。泰亨利表示，宇宙未来的走向由宇宙学常数的符号决定：如果这个常数为正，宇宙就会一直膨胀下去；要是为负，宇宙在膨胀到最大体积后会转而收缩，最后彻底坍缩。他的计算结果倾向于后者，也就是说，在遥远的未来，宇宙会收缩到体积为零，这意味着时空本身将完全终结。

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源自南半球智利的“暗能量巡天项目”（Dark Energy Survey, DES）与北半球亚利桑那州的“暗能量光谱仪”（Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI）在今年春季发布的研究报告。泰亨利表示，这两座分处南北半球的天文台，观测结果呈现出高度的一致性。它们的核心目标是验证：占据宇宙总质能68%的暗能量，是否确实由纯粹的宇宙学常数所驱动。但观测结果表明，宇宙的演化不仅受到恒定宇宙学常数的影响，暗能量自身似乎还具有更为复杂的动态特性。

在论文里，泰亨利与他的合作者构建了一个关于极低质量粒子的假想模型：这类粒子在宇宙早期的表现和宇宙学常数相似，不过现在已并非如此。这个简洁的模型对现有观测数据有着不错的拟合效果，然而它却把深层的宇宙学常数推向了负值范围。

“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

泰亨利指出，更多观测数据还在持续收集当中。当下全球有数百位科学家正借助对几百万个星系及其间距的观测来测定暗能量，以此获取更精准的数据，进而完善理论模型。DESI项目还会继续运行一年，同时，像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）近期发射的SPHEREx任务，以及即将开始运行的薇拉・鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory，以1951届硕士毕业生薇拉・鲁宾命名）等多个新一代观测设备，也正在开展或即将启动相关观测工作。

泰亨利觉得，能对宇宙的寿命进行定量估算，是一项让人振奋的进展。“搞清楚生命的起点和终点，是理解生命本身的关键，”他表示，“对我们的宇宙来说也是这样。上世纪60年代，我们确定了宇宙有一个开端；接下来自然要问：它有没有终点？这些年，不少人都觉得宇宙会永远延续下去。现在看来，要是这些数据能经受住检验，那宇宙确实会有终结的一天——这本身就是一个意义重大的认知突破。”