給孩子講宇宙：第4講宇宙會不會有末日_李淼

現在我要問小朋友們一個問題：你們知不知道什麼是宇宙中最大的奇跡？答案恐怕出乎你們所有人的預料。宇宙中最大的奇跡，其實就是我們人類本身的存在。

估計有很多小朋友會不理解了：「奇跡應該是很罕見、很稀奇的事物。現在地球上可有70多億人呢，一點都不稀奇啊。」但事實上，人類能夠存在至今，的確是一件可能性小得匪夷所思的事情。背後的理由有很多，我來給你們講講其中最重要的幾個。

第一個理由是，在宇宙創生時期發生了一次幸運到極點的量子漲落，從而讓太陽系和銀河系恰好可以形成。這是由2006年諾貝爾物理學獎得主約翰·馬瑟和喬治·斯穆特發現的。給大家看看他們的照片，第一張是馬瑟，第二張是斯穆特。這兩個人中，斯穆特的經歷更有趣。所以下面我就來講講他的故事。

馬瑟

斯穆特

斯穆特這個人特別愛錢。美國福克斯電視台曾辦過一個智力問答節目，名叫「你有五年級小學生聰明嗎？」這個節目要求參賽者回答十道小學生課本裡的問題，從一年級到五年級，每個年級各有兩道。除此以外，還有一道終極問題。如果能答對所有的問題，參賽者就可以獲得一百萬美元的獎金；否則，他們就必須當眾宣佈：「我沒有五年級小學生聰明。」斯穆特一聽說這個比賽能掙那麼多錢，立刻放下身段跑去參賽。當然，他後來一路過關斬將，贏得了一百萬美元，證明了諾貝爾獎得主確實比一般的小學生聰明。

在獲得諾貝爾獎之後，斯穆特被任命為美國勞倫斯伯克利國家實驗室的主任。但他嫌自己的薪水太少，又跑到外面做了不少兼職。比如說，法國的巴黎第七大學、韓國的梨花女子大學和中國的香港科技大學就先後聘請他擔任教授。這樣一來，斯穆特每年做一份科研工作，卻可以拿到四份薪水。

由於每年都要到香港科技大學工作一兩個月，斯穆特對中國的文化也有了一定的瞭解。去年，他在國內的朋友圈裡刷了一回屏。斯穆特2016年初在一個最高端的諾貝爾獎得主大會上做報告時，用了我國熱門電視劇《甄嬛傳》裡皇后的痛苦表情——「臣妾做不到啊！」很多網友紛紛表示，我們終於等到了中國名言走向世界的那一天！

說完了斯穆特的趣事，下面我們該談談為什麼他能獲得諾貝爾物理學獎了。上節課我們已經講過，宇宙大爆炸留下的最重要的遺跡就是宇宙微波背景輻射。為了更深入地研究宇宙微波背景輻射的細節，馬瑟和斯穆特製造了一顆名叫宇宙背景探測者（簡稱COBE）的衛星，並於1989年11月用一枚火箭把它送上了天。到了1992年，研究團隊完成了對COBE衛星數據的分析。下頁的圖就是他們得到的結果。

小朋友們可以把這張圖看成一幅宇宙地圖。聽起來有點奇怪，是吧？我來解釋一下。大家應該都看過世界地圖。世界地圖看起來是個橢圓，但你要是把它捲起來，它就會變成地球的樣子。這張圖上同樣是一個橢圓，你要是把這個橢圓也捲起來，它就會變成我們朝四面八方張望時所看到的整個天球。區別在於，世界地圖顯示的是地球上不同方位的陸地和海洋分佈，而宇宙地圖顯示的是天球在不同方向上的溫度和物質分佈。大家可以看到，這張宇宙地圖上有不少紅色和藍色的區域。紅色的地方溫度比較高，裡面包含的物質也比較多，或者說物質密度比較大；藍色的地方溫度比較低，裡面包含的物質也比較少，或者說物質密度比較小。這個現象到底是怎麼形成的呢？

其實在宇宙創生的那一刻，物質原本非常均勻地分佈在宇宙中；換言之，任何地方的物質密度都一樣大。後來，宇宙中發生了一個物理過程，叫作量子漲落。量子漲落的原理很複雜，但它的影響很簡單，就是讓物質的分佈出現了一定的不均勻性，使有些地方（紅色區域）的物質變得比較多，有些地方（藍色區域）的物質變得比較少。需要強調的是，量子漲落可以使不均勻性變得非常大，也可以使它變得非常小。換句話說，量子漲落對物質分佈不均勻性的影響完全是隨機的。

COBE衛星所繪製的宇宙地圖反映的正是這種物質分佈在整個宇宙尺度上的不均勻性。這種不均勻的程度有多大呢？大概是十萬分之一。也就是說，紅色區域的物質密度比藍色區域大了十萬分之一。對人類而言，這個數字至關重要，一點都不能多，一點也不能少。如果多一點（例如萬分之一），物質分佈會過於密集，使宇宙中的大多數天體都變成黑洞；如果少一點（例如百萬分之一），物質分佈會過於稀疏，使宇宙中的大多數天體都無法形成。這意味著，理論上完全隨機的量子漲落，它所導致的物質分佈不均勻性必須恰好是十萬分之一，否則銀河系或太陽系就無法形成。換句話說，我們人類今天之所以能夠存在，本質上源於宇宙創生時期發生的那次幸運到極點的量子漲落。

人類的好運氣並非僅限於此。第二個理由是，一個發生在45億年前的巧合事件讓月球得以形成，進而把地球變成了一個生命的綠洲。

我們在第二講中說過，一顆行星上要想產生生命，需要同時滿足以下三個條件：第一，必須是一顆固體行星；第二，必須處於宜居帶；第三，要有大氣和磁場。這三個條件很苛刻，但地球全都完美地滿足了：它的質量很合適，不大不小，所以能一直保持固體行星的狀態；它所處的位置很合適，要是離太陽再遠5%或再近15%，就會從宜居帶裡掉出去；它還有一個岩漿翻滾、異常活躍的內部，這讓它可以形成大氣層來保持溫度，同時也能建立磁場來抵禦危險的太陽輻射。儘管擁有這麼多的有利條件，在形成之初，地球對生命而言依然是一個如地獄般恐怖的地方。

聽起來很難想像吧？我給你們解釋一下。大家都知道，地球在繞太陽旋轉的同時，本身也在自轉，並且24小時就可以自轉一圈。這就是為什麼地球上的一天有24小時，而且在一天之內能看到白天和黑夜的交替。更重要的是，現在地球的自轉比較穩定，不會東倒西歪；說得更科學一點，地球自轉軸的傾斜角不會發生明顯的變化。但在地球形成之初，一切都是不一樣的。那時的地球就像是一個快要停轉的陀螺，一直在搖搖擺擺。此外，那時的地球只用10小時就能自轉一圈；也就是說，當時地球上的一天只有10小時。自轉不穩定和自轉速度過快造成了一個很嚴重的後果：那時地球內部的運動遠比現在活躍，導致地震、海嘯及火山爆發都遠比現在劇烈和頻繁。很多小朋友應該都看過一部好萊塢大片，叫《2012》，它說的就是由於地球內部運動發生變化，而使世界面臨毀滅的故事。不過在《2012》中，地球內部的變化其實並不算太大。大家可以想像一下，如果地球內部變回它形成之初的樣子，導致各種自然災難都比《2012》中描述的還要可怕幾萬倍，那還有什麼生命能在地球上生存？

估計有不少小朋友要問了：「以前的地球那麼恐怖，為什麼現在它又變好了呢？」答案是，45億年前發生了一個特別偶然的事件，讓地球擁有了一顆巨大的衛星——月球。一般來說，像月球這麼大的衛星，是只有木星、土星這樣的巨型氣體行星才有資格擁有的奢侈品。地球擁有這麼大的衛星，就像是普通工薪族擁有一艘豪華遊艇一樣，是非常奇怪的事。月球的引力起到了船錨的作用，使地球的自轉最終穩定下來。月球是怎麼形成的？科學家提出了很多理論。目前最受學術界認可的是撞擊說，它是由哈佛大學教授雷金納德·戴利在20世紀40年代提出的。

戴利是一個很擅長跨界的人。他本人並不是天文學家，而是一位地理學家。或許正是因為如此，他對其他跨界的人也特別包容，很早就公開支持一位叫阿爾弗雷德·魏格納的氣象學家所提出的地質學理論。這個地質學理論就是我們今天熟知的「大陸漂移學說」。

該理論認為，地球上所有的大陸原本都連在一起，後來分裂成了好幾塊，然後漂移到現在的位置。不過在那個年代，「大陸漂移學說」還被視為異端邪說，受到了整個地質學界的群嘲。作為這個理論的支持者，戴利也跟著躺槍，被罵了個狗血淋頭。

儘管被罵得很慘，戴利還是靜下心來，思考一個連魏格納也沒有想過的問題：為什麼地球上的各個大陸會發生漂移？戴利認為，一定是在地球形成初期發生了一個異乎尋常的事件，才能打碎整塊大陸，讓其碎片都運動起來。據此，他提出了一個堪稱驚世駭俗的理論。

戴利提出，在很久以前，一個像火星一樣大的天體撞上了地球。這次碰撞把地球表面（也就是地殼）的大量物質都炸到了太空中，這些物質再重新聚合在一起，就形成了月球。按照這個理論，構成月球的物質應該和構成地球地殼的物質非常接近。後來，美國宇航員通過阿波羅登月計劃，從月球上帶回了大量的岩石樣本，證實了戴利的猜想。

在月球形成的過程中，有一個因素至關重要，那就是撞上地球的這個天體的大小。大家都知道，那些飛過來的天體可大可小，根本不可能準確預測。但科學研究表明，這次撞過來的天體必須恰好像火星那麼大，不能更大也不能更小。如果再大一些，地球就會被這次撞擊徹底摧毀；如果再小一些，就無法撞出現在這個足以改變地球自轉的月球。換句話說，我們必須極端幸運，讓45億年前恰好有一個火星大小的天體能撞上地球，這樣才能把月球從地球中給撞出來，進而把地球改造成一個適合生命出現的綠洲。

前兩個理由就已經夠震撼了吧？但人類的存在還需要更多的不可能。第三個理由是，地球歷史上發生過很多次大規模的生物滅絕事件，幫我們幹掉了那些主要的競爭對手。

不少小朋友應該都聽說過，由於人類破壞環境和大肆獵殺，很多生物都從地球上滅絕了。超級暢銷書《人類簡史：從動物到上帝》的作者尤瓦爾·赫拉利甚至把這一過程描繪成了「毀天滅地的人類洪水」。但事實上，赫拉利實在太高估人類的能量了。與地球歷史上發生的那些真正的災難相比，人類造成的種種破壞根本不值一提。科學家已經發現，地球歷史上至少經歷過5次大規模的生物滅絕事件，分別是4.4億年前的奧陶紀大滅絕、3.65億年前的泥盆紀大滅絕、2.45億年前的二疊紀大滅絕、2.1億年前的三疊紀大滅絕和6500萬年前的白堊紀大滅絕。

這些生物滅絕事件到底有多恐怖呢？說出來真的是嚇死人。就連程度最輕的三疊紀和白堊紀大滅絕，都有超過70%的物種從地球上消失。更嚴重一些的奧陶紀和泥盆紀大滅絕，則有超過80%的物種從地球上消失。而最嚴重的二疊紀大滅絕，甚至有超過95%的物種從地球上消失。大家不要以為，滅絕了95%的物種就意味著死了95%的生物。事實上，即使在活下來的那5%的物種中，幾乎100%的個體也都死了；只是靠著一些極少數的倖存者，才讓這些物種得以延續。和這些恐怖的大滅絕相比，人類歷史上發生的一切災難都是微不足道的小兒科。

至於為什麼會發生這些大滅絕，科學界一直眾說紛紜、沒有定論。目前，學術界只對為什麼會在6500萬年前發生白堊紀大滅絕達成了共識。這背後的故事很有趣，我來給你們講講。

20世紀70年代，有一個叫沃爾特·阿爾瓦雷斯的美國地質學家跑到意大利的山區做實地考察。大家知道，地球的岩石可以堆積起來，變成所謂的沉積岩地層，其結構是一層一層的，越下面的岩石年代越久遠。由於沉積岩地層中包含著大量的礦產和化石，它就成了一本記錄地球歷史的厚厚的書。沃爾特·阿爾瓦雷斯在閱讀這本地球之書的時候，發現一層只有6毫米厚（大概相當於小朋友們的一根手指的寬度）的薄薄黏土，把整個沉積岩地層攔腰截斷；在它之下的岩層屬於比較早的白堊紀，而在它之上的岩層屬於比較晚的第三紀。更奇怪的是，在白堊紀的岩層中明明還有很多恐龍及其他動物的化石，但到了第三紀就什麼都沒有了。這層黏土這麼薄，說明事情發生得非常突然。這到底是怎麼回事？

在正常情況下，沃爾特·阿爾瓦雷斯根本不可能回答如此複雜的問題。但幸運的是，他有一個非常厲害的父親，那就是1968年諾貝爾物理學獎得主路易斯·阿爾瓦雷斯。老阿爾瓦雷斯把兒子發現的黏土樣本送到美國勞倫斯伯克利國家實驗室去檢驗，結果讓人大吃一驚：這個黏土樣本中竟含有大量的一種名叫銥的微量元素，這種元素的特點是在地球上非常罕見，但在太空中要豐富得多。後來小阿爾瓦雷斯又在世界各地都做了考察，足跡遍佈歐洲、大洋洲和南極洲。他發現這個詭異的現象其實是全球性的：在世界各地分隔白堊紀和第三紀的黏土中，銥的含量都達到地球正常值的好幾百倍。

最後，阿爾瓦雷斯父子得出結論，這層黏土絕不是地球上的東西，只能來自太空。不僅如此，他們還大膽預言，6500萬年前一顆小行星撞擊了地球，從而導致了白堊紀大滅絕。

阿爾瓦雷斯父子的理論在古生物學界引起了軒然大波。一群外行突然不請自來，弄出了一個匪夷所思的理論，然後宣稱能解決困擾古生物學界上百年的難題，這讓所有的古生物學家都大為光火。他們群起而攻之，把這個小行星撞擊地球的理論批評得一文不值。但老阿爾瓦雷斯也絕非善類，他帶著一個物理學家特有的優越感，在《紐約時報》上發表文章，嘲笑所有的古生物學家都是「只會集郵的人」。

老阿爾瓦雷斯在1988年去世，但他的理論還是笑到了最後。1990年，有科學家在墨西哥一個小鎮附近的海灣中找到了一個巨大的隕石坑。研究表明，它恰恰是阿爾瓦雷斯父子所預言的那顆小行星撞擊地球後留下的！由於這個有力的證據，學術界終於達成共識，正是這顆6500萬年前撞擊地球的小行星，導致了白堊紀大滅絕的災難。

6500萬年前的小行星，對人類的命運可謂至關重要。可能有不少小朋友都知道，白堊紀是屬於恐龍的時代。當時，地球上到處都橫行著各種各樣高大兇猛的恐龍。而在那個時候，所有哺乳動物的祖先還只是一種僅有老鼠大小、為了躲避恐龍而住在洞穴裡的小動物。要不是這顆不期而遇的小行星幹掉所有的恐龍，各位小朋友現在恐怕就只能趴在地洞裡讀我的書了。

更重要的是，這樣的幸運人類並非只經歷了一次，而是至少經歷過五次。每一次，我們的祖先都能夠死裡逃生，同時讓大滅絕把他們難纏的對手幹掉。對於人類的幸運，著名科普作家、《萬物簡史》的作者比爾·布萊森曾做過一個非常形象的比喻：「在將近40億年的時間裡，在每個必要的時刻，我們的祖先都成功地從一系列快要關上的門裡鑽了過去。」

其實類似的理由還有很多，我就不在這裡一一列舉了。很多人都覺得，人是萬物之靈，而人類在地球上的崛起是不可阻擋的歷史潮流。但事實上，現在我們之所以能夠統治這個星球，只不過是數不清的偶然因素共同作用的結果。

人類差一點就無法在這個世界上存在，這聽著就已經夠嚇人了。但下面我們還要討論一個更嚇人的問題：宇宙會不會有末日？

大家都知道，人類一直面臨著一個最終極的問題：我們將往何處去？歷史上已經有過不少關於世界末日的猜想。比如，基督教的《聖經·啟示錄》就認為，有朝一日人類會在一個叫哈米吉多頓的地方進行最後的善惡大對決；耶穌基督將會降臨，並幫助他的子民取得勝利，然後再對所有人進行審判。又如，美國桂冠詩人羅伯特·弗羅斯特在他的名作《火與冰》中留下了這樣的詩句：「有人說世界將終結於火，有人說是冰。」

以前的這些關於末日的猜想都有一個共同的特點：它們討論的其實僅僅是地球或人類會不會遇到末日。但我們現在要討論的是整個宇宙會不會遇到末日：到了那一天，宇宙中所有的星系、恆星和生命都將被同時毀滅。在絕大部分的人類歷史上，這個問題都只能是宗教或哲學問題；但在經歷了過去一百年科學的飛速發展之後，現在它已經變成了一個真正意義上的科學問題。恐怕你們很難想像，這個問題的答案竟然是：「確實存在會遇到宇宙末日的可能性！」

愛因斯坦

很恐怖，對吧？但它的的確確是真的。下面我就來給小朋友們講一講其中的道理。不過在此之前，我要先給大家講一個大人物的故事，他就是愛因斯坦。

愛因斯坦現在已經被公認為有史以來最偉大的兩位科學家之一，比一般的科學家厲害不知道多少倍。但他剛從大學畢業的時候，過得卻比一般的大學畢業生要慘不知道多少倍。在愛因斯坦讀書的那個年代，大學生非常稀缺。例如，在愛因斯坦就讀的蘇黎世聯邦工學院（現在已經更名為蘇黎世聯邦理工學院），和他同一屆畢業的物理系本科生總共只有4人。所以在那個年代，大學畢業生都是不愁找工作的。這就讓愛因斯坦有機會創造他人生中的第一個紀錄：他成了聯邦工學院物理系歷史上第一個沒有找到工作的畢業生。

那時的愛因斯坦是一個相當叛逆的年輕人，喜歡挑戰權威，而且還恃才傲物。愛因斯坦常常對講課不好的老師（也就是聯邦工學院的所有老師）表示不屑，還總是逃課，這讓所有的教授都很討厭他。舉個例子，物理系主任韋伯曾當眾斥責他：「你最大的缺點就是從不聽別人的意見。」此外，還有一個數學教授閔可夫斯基甚至在一封給別人的信裡大罵他是「懶狗」。所以在愛因斯坦畢業的時候，沒有一位教授願意雇他做自己的助教。比如韋伯教授，為了不給愛因斯坦工作機會，甚至雇了兩個工程系的畢業生。

畢業後整整一年半的時間，愛因斯坦都找不到正式的工作，只能靠給別人做家教來勉強維持生計。在此期間，他恨不得給全歐洲的自然科學教授（無論數學、物理、化學）都寫了求職信，結果全部石沉大海。舉個例子，愛因斯坦給德國萊比錫大學的化學教授奧斯特瓦爾德寫了一封信，信裡哀求道：「您是否需要一位數學物理學者做您的助手？我一貧如洗，只有這樣的一個職位才能使我繼續進行自己的研究。」兩星期後，他借口說「我忘了上封信是否附上了我的地址」，又寄出了第二封信。最後，就連愛因斯坦的爸爸都偷偷地給奧斯特瓦爾德寫了封信，悲苦地請求他幫愛因斯坦謀求一個助教的職位。結果三封信都沒有得到任何回音。諷刺的是，在九年之後，正是這位冷酷無情的奧斯特瓦爾德教授第一個站出來，提名愛因斯坦去評選當年的諾貝爾物理學獎。後來，愛因斯坦給自己的同學格羅斯曼寫信訴苦，信中自嘲道：「上帝創造了蠢驢，還給了它一張厚皮呢。」

最後還是老同學格羅斯曼救了愛因斯坦一命。他通過自己父親的關係，讓愛因斯坦走後門得到了一份伯爾尼專利局的工作。後面的事應該就有不少人知道了。1905年，愛因斯坦一口氣發表了五篇劃時代的論文，在量子論、原子論和狹義相對論三大領域都取得了革命性的突破，從而締造了著名的物理學奇跡年。在學術界聖地屹立了超過兩百年的牛頓力學大廈，也因此而被顛覆。

在取得了這麼偉大的成就之後，愛因斯坦是不是就苦盡甘來，從此走上人生巔峰了呢？完全不是。當時除了極少數的專家，根本就沒人搭理他，所以他還是只能待在專利局裡繼續做他的技術員。1908年初，蘇黎世的一所高中在報紙上刊登廣告，打算招聘一名「數學教師」。愛因斯坦心動了，向那所高中提交了申請，宣稱自己也可以教物理。結果一共21個人申請，愛因斯坦在初選的時候就被刷掉了。

可能有小朋友要問了：「愛因斯坦為什麼會這麼倒霉，在締造了物理學奇跡年以後依然沒能變成科學界的超級明星呢？」答案是，在那個時候，愛因斯坦並沒有做出他一生中最大的貢獻。到1915年，愛因斯坦才提出他一生中最偉大的理論，那就是被譽為科學史上最美理論的廣義相對論。

很多人一聽廣義相對論就覺得特別可怕，好像只有科學家才能搞懂。但其實只要給它換一個名字，馬上就會變得好懂很多。大家可以把廣義相對論理解成愛因斯坦引力理論。

小朋友們來跟我一起做一個思想實驗。想像有一張很大的彈簧床墊。一般來說，一個小玻璃球在平坦的床墊上滾動的時候，都會走直線。現在把一個巨大的鐵球放在床墊上，它立刻會讓床墊陷下去。很容易想像，如果此時在這個大鐵球的旁邊還有一個小玻璃球，它的運動軌跡立刻會發生改變。如果玻璃球最初的運動速度足夠大，它還可以逃離這個被鐵球壓彎的區域；如果最初的運動速度比較小，它就會沿著被壓彎了的床墊撞上大鐵球。好了，現在把床墊想像成空間，把鐵球想像成太陽，愛因斯坦發現，由於太陽的存在而造成的空間彎曲，恰好就等價於把一切物體拉向太陽的萬有引力。空間彎曲等同於萬有引力，這就是廣義相對論最核心的概念。所以大家可以把廣義相對論理解成升級版的牛頓引力，也就是我們剛才說過的愛因斯坦引力理論。

愛因斯坦提出廣義相對論後，馬上就用它來研究整個宇宙。結果不研究不要緊，一研究就出了巨大的問題。我們來說說到底是怎麼回事。小朋友們都知道，由於地球的萬有引力，各種拋到天上去的物體最終都會落回地面。

要想使這些物體不落回來，無外乎有兩種辦法：第一，讓物體以很高的速度往外跑，比如人造衛星；第二，讓物體受到與地球引力方向相反的力，比如熱氣球。現在，把這個觀察推廣到整個宇宙。愛因斯坦發現，由於引力的作用，整個宇宙最終都會塌縮成一團。要真是這樣的話，地球肯定會被擠扁。類似地，要想阻止宇宙的塌縮，也只有兩個辦法：（1）讓整個宇宙都以很大的速度向外膨脹；（2）讓宇宙中存在一種能產生斥力的物質，從而與引力相抗衡。

我們在第二講裡講過，在愛因斯坦提出廣義相對論的年代，人們普遍認為銀河系就是整個宇宙的全部。很明顯，銀河系不會膨脹，所以愛因斯坦就認為第一種辦法是不可行的。因此，他修改了自己的廣義相對論，在其中加了一個宇宙常數項。這一項的作用是產生斥力，而且這個斥力的大小完全取決於宇宙常數的大小。通過調節宇宙常數的值，可以使它產生的斥力恰好等於宇宙中所有物質產生的引力，從而使整個宇宙保持靜止。

但我們也講過，到了20世紀30年代初，美國天文學家哈勃利用造父變星的標準燭光發現整個宇宙其實在膨脹。這個發現對愛因斯坦來說可謂是五雷轟頂。既然宇宙本身在膨脹，那他引入宇宙常數的舉動就變得完全多餘了。更要命的是，如果當年不引入那個宇宙常數，愛因斯坦本來有機會能預言出整個宇宙都在膨脹！你想想，在一個小小行星的一個小小角落，一個人完全憑借自己的思考就能夠知道整個宇宙如何演化，這是一個多麼偉大的成就啊！可惜由於選錯了路，愛因斯坦失去了這個大好機會。愛因斯坦對此後悔了一輩子，以至於他後來都快成了「祥林嫂」，見了誰都要嘮叨，說引入宇宙常數是他一生中最大的錯誤。

但現實往往比最離奇的想像還要離奇。在最近的二十年間，這個故事又發生了巨大的反轉。

1998年，利用一種叫Ia型超新星的標準燭光，兩個美國的研究小組又發現了一件讓所有人都目瞪口呆的事：我們的宇宙不但在膨脹，而且還是在加速膨脹。也就是說，宇宙膨脹的速度正越來越快。這是一個非常偉大的發現，它的意義一點都不比哈勃發現宇宙膨脹小。由於這個發現，索爾·佩爾馬特、布萊恩·施密特和亞當·裡斯獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。

這聽起來有點複雜，是吧？沒關係，我來給你們解釋一下。要想使熱氣球升空的速度越來越快，必須使熱氣球受到的向上的升力大於地球對它的引力。類似地，要想讓宇宙能夠加速膨脹，必須使宇宙中的斥力大於其中的引力。這就意味著，那個已經被愛因斯坦拋棄的宇宙常數竟然又復活了。只不過這回需要把它的值調得比較大，從而讓它產生的斥力能超過宇宙中所有物質產生的引力。也就是說，愛因斯坦引入的那個宇宙常數，其實是21世紀的物理學碰巧出現在了20世紀！換言之，所謂的「愛因斯坦一生中最大的錯誤」，不但不是廣義相對論的污點，反而是這頂科學皇冠上最璀璨的鑽石！

現在學術界已經普遍接受，在宇宙中存在著一種非常神秘的物質，叫暗能量；它的作用，就是為宇宙當前的加速膨脹提供斥力。科學家已經提出了很多關於暗能量的理論，其中最有名的就是剛才給大家介紹過的愛因斯坦的宇宙常數模型。也就是說，宇宙常數與暗能量並不等價，它只是暗能量的候選者之一。

可能有小朋友要問了：「暗能量到底是什麼東西呀？」實話告訴你們，現在這世界上還沒有任何一個人能夠準確無誤地回答這個問題。要是有人能找到這個問題的答案，他不但能獲得諾貝爾物理學獎，說不定還會成為下一個愛因斯坦。目前科學家能夠確定的是，暗能量具有以下三個主要性質：（1）暗能量是「暗」的，它不會發光，也不會反射光，所以我們永遠都無法看見它。（2）與常規的物質不同，暗能量產生的不是引力，而是斥力。（3）一般認為，暗能量來自真空，所以它無處不在，而且均勻地瀰散在整個宇宙中。換句話說，暗能量其實離我們並不遙遠，它就藏在我們每一個人的體內和身邊。那為什麼我們在日常生活中完全感受不到暗能量的存在呢？因為它的密度實在是太小了。據宇宙學家估算，一立方米的區域內所包含的暗能量的總質量大概只有一億億億分之七克。這是什麼概念呢？我們知道，地球的平均半徑是6371公里。這意味著，就算把133個地球所包含的暗能量全部加起來，也僅能讓它的總質量達到1克，也就是一枚1元硬幣的五分之一。暗能量的密度這麼小，自然就對我們的日常生活毫無影響了。然而，儘管暗能量的密度特別小，但宇宙的任何一個地方都會有它。所以暗能量就積少成多，成了宇宙中一支非常強大的勢力。最新的天文觀測表明，暗能量占宇宙總物質的比例達到將近70%。換言之，暗能量才是宇宙中的主導力量，而它的性質將決定宇宙最終的命運。

估計有些小朋友已經開始不耐煩了：「你不是要講宇宙末日嗎？怎麼老是講暗能量啊？」別著急，我們馬上就要回到主線了。正常的暗能量模型（例如愛因斯坦的宇宙常數模型）根本不會和任何宇宙末日扯上關係。但是那個打開潘多拉魔盒的人已經準備好要登場了。

1999年，美國物理學家羅伯特·考德威爾提出了一個全新的暗能量模型。當時恰好有一部非常熱門的好萊塢大片上映，那就是大導演盧卡斯的《星球大戰1：幽靈的威脅》。為了向這部大片致敬，考德威爾用幽靈的英文單詞「Phantom」來給自己的新模型命了名。它的中文名是幻影暗能量。

結果，考德威爾的理論一提出，立刻遭到了學術界的圍剿。所有的審稿人都使出渾身解數拚命刁難考德威爾，不讓他的論文發表。正常情況下，一篇論文從投稿到接收，一般需要三到六個月。但是考德威爾的這篇論文，卻花了整整三年的時間才得以正式發表。為什麼這篇論文這麼招人恨呢？因為它指出了一種匪夷所思的現象：暗能量的密度有可能會隨著時間的推移而不斷變大！

我來給大家解釋一下這到底意味著什麼。眾所周知，我們所熟悉的世界，它的穩定是靠引力維繫的。舉例來說，我們之所以不會飄向太空，是因為地球的引力拉住了我們；地球之所以不會飄向太空，是因為太陽的引力拉住了地球；太陽之所以不會飄向太空，是因為銀河系中心黑洞的引力拉住了太陽。如果沒有萬有引力，一切都會土崩瓦解。引力有一個特點，就是它非常穩定，不會因為時間而改變。換句話說，無論經過多長時間，維繫地球、太陽系和銀河系的引力都不會變大或變小。

我們前面說過，宇宙中每一個角落都存在暗能量，而且它會產生斥力。由於暗能量的密度特別小，導致它產生的斥力也特別小，所以我們在日常生活中根本就感受不到它的存在。但如果考德威爾的理論是對的，那麻煩可就大了。幻影暗能量的密度會隨著時間的推移而不斷地變大，從而導致由它產生的斥力也不斷變大；與之相對，維繫世界穩定的引力卻永遠保持不變。所以總有一天，斥力將會超過引力，從而破壞原本由引力維繫的這個世界的穩定。換句話說，到時候宇宙中所有的結構，無論是銀河系、太陽系、地球還是我們本身，都會從內部被幻影暗能量撕碎。這個恐怖的末日景象就是「宇宙大撕裂」。

「宇宙大撕裂」會發生嗎？2012年，本書作者與其他三位同事合作，用當時最新的天文觀測數據研究了宇宙最終的命運，後來發表的文章得到了幾十家中外媒體的報道。我們的研究表明，目前的天文觀測確實無法排除發生「宇宙大撕裂」的可能。在最壞的情況下，宇宙甚至有可能在167億年後就遭遇毀滅。

我們不妨來開開腦洞，看看要是真有一個宇宙末日，世界到底會變成什麼樣子。假設宇宙大撕裂發生在公元167億年12月31日的24點整。公元167億年與現在最大的不同就是天上的星星全都消失了，而且已經消失了上千萬年。但除此以外，在最後一年絕大多數的時間裡，我們並不會感受到任何的異常。不過，在10月31日那天，我們會發現自己看不到冥王星了。隨後，海王星、天王星、土星、木星和火星也像約好了似的，一個接一個地神秘失蹤。到了12月26日，就連月球也離家出走了；我們親眼看著它脫離了地球引力的束縛，然後像脫韁的野馬一樣消失在了太空的深處。真正恐怖的事發生在12月31日的午夜。12月31日23點32分，幻影暗能量產生的斥力超過了太陽自身的引力，從而把太陽給弄散架了。12分鐘後，也就是23點44分，地球彷彿被一個巨大的炸彈從內部炸開，也土崩瓦解了；大大小小的地球碎片散落在了太空中，到處都是人們的哭喊聲，不過他們的痛苦很快就要結束了。在末日到來前的十億億分之三秒，就連原子都會被幻影暗能量的斥力撕碎。然後就是「大撕裂」的時刻。在這一刻，幻影暗能量將君臨天下，徹底摧毀宇宙中的一切。整個宇宙，甚至包括時間本身，都會在這一刻走向終結。

恐怕弗羅斯特做夢也不會想到，除了火與冰之外，宇宙中還隱藏著更恐怖的東西。

當然小朋友們也不用擔心，上面描述的景象僅僅是一種理論上的可能。宇宙的最終命運將取決於暗能量的性質。而對暗能量的探索，無疑將成為21世紀最重要的科學任務之一。