宇宙可能比之前認為的“短命”得多，其壽命或只有330億年

在發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹這個現(xiàn)象之后，人們曾經(jīng)普遍認為，在引力的作用下，宇宙的膨脹會逐漸變慢，然而后來科學家卻驚訝地發(fā)現(xiàn)，宇宙的膨脹并沒有因為物質之間的引力而減速，反而是在加速。

為了解釋這種反直覺的現(xiàn)象，科學家引入了“暗能量”的概念，并在此基礎上建立了目前主流的標準宇宙學模型（ΛCDM），在這個模型中，暗能量是一種驅動宇宙膨脹的能量，其密度是恒定的，隨著空間的擴張，總的暗能量會隨之增加，從而持續(xù)不斷地推動宇宙的膨脹。

根據(jù)標準宇宙學模型，科學家推測出了宇宙的一種終結方式——“大凍結”（Big Freeze）。

其內(nèi)容簡單來講就是，隨著時間的推移，宇宙中的物質將因為宇宙膨脹變得越來越稀薄，溫度也越來越低，最終會演化到?jīng)]有熱力學自由能，達到最大熵的狀態(tài)，從而成為一片溫度無限接近絕對零度的死寂虛空。

從理論上來計算，“大凍結”會發(fā)生在非常遙遠的未來，大概還需要10^100年的時間，而這也就意味著，宇宙應該是非常“長壽”的。

然而一項來自康奈爾大學的研究卻對此提出了不同的看法，該研究認為，宇宙可能比之前認為的“短命”得多，其壽命或只有330億年。這又是怎么回事呢？我們接著看。

首先我們需要簡單了解一下暗能量巡天（DES）和暗能量光譜儀（DESI），總的來講，它們是科學家為了探索宇宙加速膨脹之謎而發(fā)起的兩場大規(guī)模的深空觀測項目，其在技術手段和觀測維度上各有側重。

其中暗能量巡天主要依賴的是強大的成像技術，其主要工作模式類似于為宇宙拍攝“平面快照”，通過捕捉大量遙遠星系的形狀、位置和亮度，利用弱引力透鏡效應、星系團計數(shù)以及Ia型超新星等手段來推測暗能量的演化。

而暗能量光譜儀，則是通過分析星系光譜中的紅移來測量遙遠星系在宇宙三維空間中的準確距離。

在過去的日子里，這兩個項目已經(jīng)積累了大量的觀測數(shù)據(jù)，通過對其進行綜合分析，科學家發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，那就是暗能量在過去可能比現(xiàn)在更強大，而它的影響力似乎正處于一種隨時間流逝而逐漸減弱的狀態(tài)。

對于這種現(xiàn)象，此次研究用了一種被稱為“軸子暗能量”（Axion dark energy）的理論模型進行了解釋。

具體來講，軸子最初是為了解決強相互作用中的電荷共軛及宇稱守恒問題而提出的一種粒子，后來科學家發(fā)現(xiàn)，在宇宙學尺度上，這些粒子會表現(xiàn)出極其微小的質量和近乎無限的相干長度，它們并不會像普通物質那樣聚集成團，而是會形成一種彌漫在整個宇宙背景中的“軸子場”。

這種場具有一種特殊的勢能，能夠產(chǎn)生一種向外的負壓力，而這種力量就是所謂的暗能量，它在過去的日子里一直在推動著宇宙的加速膨脹。

然而隨著宇宙空間的不斷擴張，軸子場在空間中的排布也會變得越來越稀疏，其場能也隨之損耗，于是在我們看來，暗能量就會處于一種隨時間流逝而逐漸減弱的狀態(tài)。

可以看到，這個理論模型合理地解釋了我們觀測到的現(xiàn)象，而這也動搖了“大凍結”的基礎，因為隨著暗能量的持續(xù)減弱，終有一天，它就會敗給引力，而這樣的情況一旦發(fā)生，宇宙的狀態(tài)就會從膨脹轉變成收縮，并最終走向另一種結局——“大擠壓”（Big Crunch）。

根據(jù)此次研究的計算，宇宙的整體壽命只有大約330億年，在未來的日子里，宇宙的膨脹將會越來越慢，并于大約100億年后完全停止，在接下來的時間里，宇宙就會正式進入收縮期。

對于那時的觀測者（如果存在的話）來說，宇宙將發(fā)生翻天覆地的變化，所有的遙遠星系不再表現(xiàn)為紅移，而是呈現(xiàn)出藍移（因為它們正以越來越快的速度向觀測者接近）。

而這個收縮過程也是一個加速升溫的過程，隨著物質密度增加，宇宙微波背景輻射的波長也會被不斷壓縮，能量飆升，星系間的距離不斷縮短，天體的碰撞與合并將變得越來越頻繁。

在最后的坍縮階段，宇宙空間的每一寸都會充斥著高能輻射，物質也將被壓縮成基本粒子，最終，所有的質量和能量將被壓縮到一個密度極大，溫度極高的奇點狀態(tài)——這與宇宙大爆炸完美對稱，可視為本宇宙的終結。

當然了，這也只能說是一種建立在對現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計推演之上的合理推測，實際情況是否如此，還有待進一步的探索。可以想象的是，如果關于“大擠壓”的推測是正確的，那么本宇宙的終結或許就將會孕育著下一場宇宙大爆炸，成為另一個宇宙的起點。

參考資料：The Lifespan of our Universe，doi.org/10.48550/arXiv.2506.24011