宇宙或將在冰冷中死去

□ 楊先碧

我們知道，萬事萬物都會有一個出現、發展或發育、消亡的過程。那么，我們身處的宇宙會不會遵守這樣的自然規律呢？2011年3位諾貝爾物理學獎得主的獲獎成果告訴我們，宇宙也處在一個“生長發育”過程中，其表現形式是加速膨脹。最終，宇宙也將在一片冰冷之中逐漸走向死亡。3位諾貝爾物理學獎得主分別是美國研究人員索爾·珀爾馬特、澳大利亞研究人員布萊恩·施密特和美國研究人員亞當·里斯。

明亮的超新星

宇宙正在加速成長

在大約150億年前，宇宙只是一個聚集了巨大能量和物質的小點。在某種未知條件的啟動下，這個小點爆炸了。這就是“宇宙大爆炸理論”的主要內容，也是科學家對宇宙誕生的猜想。宇宙大爆炸之后，它就不斷地膨脹。也就是說，宇宙就像是一個生命體一樣，在不斷地長大。在宇宙的“成長”過程中，不斷產生了新的天體，一些老的天體也在不斷死去，就像是人體的細胞一樣。

那么，目前宇宙處于一個什么時期呢？3位諾貝爾獎得主告訴我們，目前宇宙正處于青少年時期，因為宇宙正在加速膨脹，就像人類在青少年時期會快速生長一樣。地球相對于浩淼的宇宙來說，用大海里的一滴水來形容也不為過。在宇宙中這么“渺小”的地球上，天文學家怎樣能發現宇宙在膨脹甚至加速膨脹呢？天文學家觀測宇宙的方法常常是找一個參照物，他們觀測宇宙加速膨脹的參照物是超新星。

超新星的亮度遠遠超過一般恒星

超新星是宇宙成長的標尺

早在20世紀30年代，就有天文學家提出用超新星來測量宇宙的膨脹程度。就像我們在十來歲的成長過程中，父母會為我們準備一條長高的標尺一樣。為什么要選用超新星作為“標尺”呢？因為超新星是一種極為明亮的爆炸中的恒星；而且，最初天文學家認為超新星有一個共同的特點，那就是它們的發出的光度（即發光強度）是相同的。

然而，隨著對超新星更多的研究，天文學家發現這個猜想并不成立，因為超新星多種多樣，每個類型的超新星光度是有差異的。直到30多年前，科學家才發現超新星中只有Ia型超新星才具有相同的光度。更加令人欣喜的是，它們同時也是超新星中最明亮的。

由于Ia型超新星具有相同的光度，而光會隨著傳播距離變遠而不斷減弱，天文學家就可以用觀測到的Ia型超新星的亮度，并根據一些復雜的公式來確定這些超新星離地球的遠近。僅僅測定了超新星的遠近還不足以說明宇宙在膨脹，還得借助“紅移”現象。

Ia型超新星發出的幾乎所有光都集中在一個特定的藍色波長上。但是，這些藍光在傳播的過程中會因為宇宙的膨脹而被拉長，波長就會變長，所以這些原本的藍光在到達地球的時候看起來就會呈紅色，這一現象被稱為“紅移”。這些光線看起來有多紅就意味著告訴我們自這個超新星爆炸以來宇宙究竟膨脹了多少。觀測不同距離上的超新星，就能夠確定宇宙是如何隨著時間而膨脹的。

諾貝爾物理學獎得主之一,美國科學家索爾·珀爾馬特

諾貝爾物理學獎得主之一,澳大利亞科學家布萊恩·施密特

諾貝爾物理學獎得主之一,美國科學家亞當·里斯

尋找Ia型超新星

說起來似乎很容易，但是科學家的研究過程卻是難以想象的艱難。雖然超新星非常亮，但是放在浩瀚的宇宙之中也只是微弱的一點。20世紀80年代中期，丹麥的一些天文學家開始試圖尋找遙遠的Ia型超新星。經過長達2年的搜索，他們才找到了第一顆Ia型超新星，后來他們又發現了一顆，但終因發現的過少而放棄了。由于很難發現Ia型超新星，當時許多天文學家對這類研究抱悲觀態度。

與此同時，美國勞倫斯伯克利實驗室的一組物理學家對搜尋超新星也產生了興趣。這一小組開發了一套在圖像中自動搜索超新星候選者的軟件，但他們迎來的是接連的失敗。后來，38歲的珀爾馬特接掌了“超新星宇宙學項目”，并對軟件進行了改進。正是由于他的開創性研究，才使情況有了轉機，他們開始發現大量的Ia型超新星。

以施密特為首的“高紅移超新星搜尋”小組是這類研究的后起之秀，他們利用現成的軟件也發現了大量的Ia型超新星。在這個研究小組里，里斯也發揮了關鍵作用，所以他也成為了3位諾貝爾獎獲得者之一，與施密特分享了一半的獎金。

宇宙成長的動力

3位諾貝爾獎獲得者的成果還引發了一個新的問題：是什么力量在驅使宇宙加速膨脹。科學家推測，那正是神秘的我們所觀測不到的暗物質和暗能量。按照天文學家的解釋，宇宙中我們所看得見的物質只占宇宙總資源的5%，而我們看不見的暗物質占22%，暗能量更是多達73%。

雖然誰也沒有見過暗物質和暗能量，但是不少人卻對其研究前景抱著極大的熱情。因為一旦人們揭示了暗物質和暗能量的本質，不僅可以解決未來人類的能源危機，星際旅行也隨之變得更加可行。目前，暗能量研究是一個熱門的領域，許多天文學家和物理學家都在這個領域辛勤地耕耘著。可以說，暗能量研究是一個可跟愛因斯坦的相對論相比擬的一個新的研究領域。如果誰能最先揭示暗能量或暗物質的本質，那么他必將能獲得諾貝爾獎。

宇宙終將死亡

那么，宇宙加速膨脹的結果會是什么呢？按照諾貝爾委員會的說法，這個獲獎成果告訴我們，包括地球在內的整個宇宙正在逐漸變得稀薄而寒冷，宇宙最終都將會變得異常冰冷而沒有生機?？茖W家預計，在宇宙大約1000億歲的時候，宇宙的大小將是現在的數億倍，那時宇宙的密度將變得很小很小，物質和能量非常稀薄地擴散在宇宙之中，所有能產生光和熱的天體都會被宇宙膨脹的力量拉裂而死去。那時的宇宙或許不再膨脹，只會在一片冰冷之中慢慢死去。

當然，宇宙的未來命運是個未知數，它有可能在青壯年時期改變“生活方式”，可能不再膨脹而延年益壽。假設有一天宇宙死亡了，之后會有新的宇宙產生嗎？我們誰也不可能知道甚至推測，畢竟那是八九百億年之后的事情了，而如今的宇宙還不足200億歲。況且，我們現今的宇宙還有許許多多的未解之謎，更不用說未來的宇宙了。