《给孩子讲宇宙》第4讲宇宙会不会有末日_给孩子讲宇宙全本免费在线阅读

现在我要问小朋友们一个问题：你们知不知道什么是宇宙中最大的奇迹？答案恐怕出乎你们所有人的预料。宇宙中最大的奇迹，其实就是我们人类本身的存在。

估计有很多小朋友会不理解了：“奇迹应该是很罕见、很稀奇的事物。现在地球上可有70多亿人呢，一点都不稀奇啊。”但事实上，人类能够存在至今，的确是一件可能性小得匪夷所思的事情。背后的理由有很多，我来给你们讲讲其中最重要的几个。

第一个理由是，在宇宙创生时期发生了一次幸运到极点的量子涨落，从而让太阳系和银河系恰好可以形成。这是由2006年诺贝尔物理学奖得主约翰·马瑟和乔治·斯穆特发现的。给大家看看他们的照片，第一张是马瑟，第二张是斯穆特。这两个人中，斯穆特的经历更有趣。所以下面我就来讲讲他的故事。

马瑟

斯穆特

斯穆特这个人特别爱钱。美国福克斯电视台曾办过一个智力问答节目，名叫“你有五年级小学生聪明吗？”这个节目要求参赛者回答十道小学生课本里的问题，从一年级到五年级，每个年级各有两道。除此以外，还有一道终极问题。如果能答对所有的问题，参赛者就可以获得一百万美元的奖金；否则，他们就必须当众宣布：“我没有五年级小学生聪明。”斯穆特一听说这个比赛能挣那么多钱，立刻放下身段跑去参赛。当然，他后来一路过关斩将，赢得了一百万美元，证明了诺贝尔奖得主确实比一般的小学生聪明。

在获得诺贝尔奖之后，斯穆特被任命为美国劳伦斯伯克利国家实验室的主任。但他嫌自己的薪水太少，又跑到外面做了不少兼职。比如说，法国的巴黎第七大学、韩国的梨花女子大学和中国的香港科技大学就先后聘请他担任教授。这样一来，斯穆特每年做一份科研工作，却可以拿到四份薪水。

由于每年都要到香港科技大学工作一两个月，斯穆特对中国的文化也有了一定的了解。去年，他在国内的朋友圈里刷了一回屏。斯穆特2016年初在一个最高端的诺贝尔奖得主大会上做报告时，用了我国热门电视剧《甄嬛传》里皇后的痛苦表情——“臣妾做不到啊！”很多网友纷纷表示，我们终于等到了中国名言走向世界的那一天！

说完了斯穆特的趣事，下面我们该谈谈为什么他能获得诺贝尔物理学奖了。上节课我们已经讲过，宇宙大爆炸留下的最重要的遗迹就是宇宙微波背景辐射。为了更深入地研究宇宙微波背景辐射的细节，马瑟和斯穆特制造了一颗名叫宇宙背景探测者（简称COBE）的卫星，并于1989年11月用一枚火箭把它送上了天。到了1992年，研究团队完成了对COBE卫星数据的分析。下页的图就是他们得到的结果。

小朋友们可以把这张图看成一幅宇宙地图。听起来有点奇怪，是吧？我来解释一下。大家应该都看过世界地图。世界地图看起来是个椭圆，但你要是把它卷起来，它就会变成地球的样子。这张图上同样是一个椭圆，你要是把这个椭圆也卷起来，它就会变成我们朝四面八方张望时所看到的整个天球。区别在于，世界地图显示的是地球上不同方位的陆地和海洋分布，而宇宙地图显示的是天球在不同方向上的温度和物质分布。大家可以看到，这张宇宙地图上有不少红色和蓝色的区域。红色的地方温度比较高，里面包含的物质也比较多，或者说物质密度比较大；蓝色的地方温度比较低，里面包含的物质也比较少，或者说物质密度比较小。这个现象到底是怎么形成的呢？

其实在宇宙创生的那一刻，物质原本非常均匀地分布在宇宙中；换言之，任何地方的物质密度都一样大。后来，宇宙中发生了一个物理过程，叫作量子涨落。量子涨落的原理很复杂，但它的影响很简单，就是让物质的分布出现了一定的不均匀性，使有些地方（红色区域）的物质变得比较多，有些地方（蓝色区域）的物质变得比较少。需要强调的是，量子涨落可以使不均匀性变得非常大，也可以使它变得非常小。换句话说，量子涨落对物质分布不均匀性的影响完全是随机的。

COBE卫星所绘制的宇宙地图反映的正是这种物质分布在整个宇宙尺度上的不均匀性。这种不均匀的程度有多大呢？大概是十万分之一。也就是说，红色区域的物质密度比蓝色区域大了十万分之一。对人类而言，这个数字至关重要，一点都不能多，一点也不能少。如果多一点（例如万分之一），物质分布会过于密集，使宇宙中的大多数天体都变成黑洞；如果少一点（例如百万分之一），物质分布会过于稀疏，使宇宙中的大多数天体都无法形成。这意味着，理论上完全随机的量子涨落，它所导致的物质分布不均匀性必须恰好是十万分之一，否则银河系或太阳系就无法形成。换句话说，我们人类今天之所以能够存在，本质上源于宇宙创生时期发生的那次幸运到极点的量子涨落。

人类的好运气并非仅限于此。第二个理由是，一个发生在45亿年前的巧合事件让月球得以形成，进而把地球变成了一个生命的绿洲。

我们在第二讲中说过，一颗行星上要想产生生命，需要同时满足以下三个条件：第一，必须是一颗固体行星；第二，必须处于宜居带；第三，要有大气和磁场。这三个条件很苛刻，但地球全都完美地满足了：它的质量很合适，不大不小，所以能一直保持固体行星的状态；它所处的位置很合适，要是离太阳再远5%或再近15%，就会从宜居带里掉出去；它还有一个岩浆翻滚、异常活跃的内部，这让它可以形成大气层来保持温度，同时也能建立磁场来抵御危险的太阳辐射。尽管拥有这么多的有利条件，在形成之初，地球对生命而言依然是一个如地狱般恐怖的地方。

听起来很难想象吧？我给你们解释一下。大家都知道，地球在绕太阳旋转的同时，本身也在自转，并且24小时就可以自转一圈。这就是为什么地球上的一天有24小时，而且在一天之内能看到白天和黑夜的交替。更重要的是，现在地球的自转比较稳定，不会东倒西歪；说得更科学一点，地球自转轴的倾斜角不会发生明显的变化。但在地球形成之初，一切都是不一样的。那时的地球就像是一个快要停转的陀螺，一直在摇摇摆摆。此外，那时的地球只用10小时就能自转一圈；也就是说，当时地球上的一天只有10小时。自转不稳定和自转速度过快造成了一个很严重的后果：那时地球内部的运动远比现在活跃，导致地震、海啸及火山爆发都远比现在剧烈和频繁。很多小朋友应该都看过一部好莱坞大片，叫《2012》，它说的就是由于地球内部运动发生变化，而使世界面临毁灭的故事。不过在《2012》中，地球内部的变化其实并不算太大。大家可以想象一下，如果地球内部变回它形成之初的样子，导致各种自然灾难都比《2012》中描述的还要可怕几万倍，那还有什么生命能在地球上生存？

估计有不少小朋友要问了：“以前的地球那么恐怖，为什么现在它又变好了呢？”答案是，45亿年前发生了一个特别偶然的事件，让地球拥有了一颗巨大的卫星——月球。一般来说，像月球这么大的卫星，是只有木星、土星这样的巨型气体行星才有资格拥有的奢侈品。地球拥有这么大的卫星，就像是普通工薪族拥有一艘豪华游艇一样，是非常奇怪的事。月球的引力起到了船锚的作用，使地球的自转最终稳定下来。月球是怎么形成的？科学家提出了很多理论。目前最受学术界认可的是撞击说，它是由哈佛大学教授雷金纳德·戴利在20世纪40年代提出的。

戴利是一个很擅长跨界的人。他本人并不是天文学家，而是一位地理学家。或许正是因为如此，他对其他跨界的人也特别包容，很早就公开支持一位叫阿尔弗雷德·魏格纳的气象学家所提出的地质学理论。这个地质学理论就是我们今天熟知的“大陆漂移学说”。

该理论认为，地球上所有的大陆原本都连在一起，后来分裂成了好几块，然后漂移到现在的位置。不过在那个年代，“大陆漂移学说”还被视为异端邪说，受到了整个地质学界的群嘲。作为这个理论的支持者，戴利也跟着躺枪，被骂了个狗血淋头。

尽管被骂得很惨，戴利还是静下心来，思考一个连魏格纳也没有想过的问题：为什么地球上的各个大陆会发生漂移？戴利认为，一定是在地球形成初期发生了一个异乎寻常的事件，才能打碎整块大陆，让其碎片都运动起来。据此，他提出了一个堪称惊世骇俗的理论。

戴利提出，在很久以前，一个像火星一样大的天体撞上了地球。这次碰撞把地球表面（也就是地壳）的大量物质都炸到了太空中，这些物质再重新聚合在一起，就形成了月球。按照这个理论，构成月球的物质应该和构成地球地壳的物质非常接近。后来，美国宇航员通过阿波罗登月计划，从月球上带回了大量的岩石样本，证实了戴利的猜想。

在月球形成的过程中，有一个因素至关重要，那就是撞上地球的这个天体的大小。大家都知道，那些飞过来的天体可大可小，根本不可能准确预测。但科学研究表明，这次撞过来的天体必须恰好像火星那么大，不能更大也不能更小。如果再大一些，地球就会被这次撞击彻底摧毁；如果再小一些，就无法撞出现在这个足以改变地球自转的月球。换句话说，我们必须极端幸运，让45亿年前恰好有一个火星大小的天体能撞上地球，这样才能把月球从地球中给撞出来，进而把地球改造成一个适合生命出现的绿洲。

前两个理由就已经够震撼了吧？但人类的存在还需要更多的不可能。第三个理由是，地球历史上发生过很多次大规模的生物灭绝事件，帮我们干掉了那些主要的竞争对手。

不少小朋友应该都听说过，由于人类破坏环境和大肆猎杀，很多生物都从地球上灭绝了。超级畅销书《人类简史：从动物到上帝》的作者尤瓦尔·赫拉利甚至把这一过程描绘成了“毁天灭地的人类洪水”。但事实上，赫拉利实在太高估人类的能量了。与地球历史上发生的那些真正的灾难相比，人类造成的种种破坏根本不值一提。科学家已经发现，地球历史上至少经历过5次大规模的生物灭绝事件，分别是4.4亿年前的奥陶纪大灭绝、3.65亿年前的泥盆纪大灭绝、2.45亿年前的二叠纪大灭绝、2.1亿年前的三叠纪大灭绝和6500万年前的白垩纪大灭绝。

这些生物灭绝事件到底有多恐怖呢？说出来真的是吓死人。就连程度最轻的三叠纪和白垩纪大灭绝，都有超过70%的物种从地球上消失。更严重一些的奥陶纪和泥盆纪大灭绝，则有超过80%的物种从地球上消失。而最严重的二叠纪大灭绝，甚至有超过95%的物种从地球上消失。大家不要以为，灭绝了95%的物种就意味着死了95%的生物。事实上，即使在活下来的那5%的物种中，几乎100%的个体也都死了；只是靠着一些极少数的幸存者，才让这些物种得以延续。和这些恐怖的大灭绝相比，人类历史上发生的一切灾难都是微不足道的小儿科。

至于为什么会发生这些大灭绝，科学界一直众说纷纭、没有定论。目前，学术界只对为什么会在6500万年前发生白垩纪大灭绝达成了共识。这背后的故事很有趣，我来给你们讲讲。

20世纪70年代，有一个叫沃尔特·阿尔瓦雷斯的美国地质学家跑到意大利的山区做实地考察。大家知道，地球的岩石可以堆积起来，变成所谓的沉积岩地层，其结构是一层一层的，越下面的岩石年代越久远。由于沉积岩地层中包含着大量的矿产和化石，它就成了一本记录地球历史的厚厚的书。沃尔特·阿尔瓦雷斯在阅读这本地球之书的时候，发现一层只有6毫米厚（大概相当于小朋友们的一根手指的宽度）的薄薄黏土，把整个沉积岩地层拦腰截断；在它之下的岩层属于比较早的白垩纪，而在它之上的岩层属于比较晚的第三纪。更奇怪的是，在白垩纪的岩层中明明还有很多恐龙及其他动物的化石，但到了第三纪就什么都没有了。这层黏土这么薄，说明事情发生得非常突然。这到底是怎么回事？

在正常情况下，沃尔特·阿尔瓦雷斯根本不可能回答如此复杂的问题。但幸运的是，他有一个非常厉害的父亲，那就是1968年诺贝尔物理学奖得主路易斯·阿尔瓦雷斯。老阿尔瓦雷斯把儿子发现的黏土样本送到美国劳伦斯伯克利国家实验室去检验，结果让人大吃一惊：这个黏土样本中竟含有大量的一种名叫铱的微量元素，这种元素的特点是在地球上非常罕见，但在太空中要丰富得多。后来小阿尔瓦雷斯又在世界各地都做了考察，足迹遍布欧洲、大洋洲和南极洲。他发现这个诡异的现象其实是全球性的：在世界各地分隔白垩纪和第三纪的黏土中，铱的含量都达到地球正常值的好几百倍。

最后，阿尔瓦雷斯父子得出结论，这层黏土绝不是地球上的东西，只能来自太空。不仅如此，他们还大胆预言，6500万年前一颗小行星撞击了地球，从而导致了白垩纪大灭绝。

阿尔瓦雷斯父子的理论在古生物学界引起了轩然大波。一群外行突然不请自来，弄出了一个匪夷所思的理论，然后宣称能解决困扰古生物学界上百年的难题，这让所有的古生物学家都大为光火。他们群起而攻之，把这个小行星撞击地球的理论批评得一文不值。但老阿尔瓦雷斯也绝非善类，他带着一个物理学家特有的优越感，在《纽约时报》上发表文章，嘲笑所有的古生物学家都是“只会集邮的人”。

老阿尔瓦雷斯在1988年去世，但他的理论还是笑到了最后。1990年，有科学家在墨西哥一个小镇附近的海湾中找到了一个巨大的陨石坑。研究表明，它恰恰是阿尔瓦雷斯父子所预言的那颗小行星撞击地球后留下的！由于这个有力的证据，学术界终于达成共识，正是这颗6500万年前撞击地球的小行星，导致了白垩纪大灭绝的灾难。

6500万年前的小行星，对人类的命运可谓至关重要。可能有不少小朋友都知道，白垩纪是属于恐龙的时代。当时，地球上到处都横行着各种各样高大凶猛的恐龙。而在那个时候，所有哺乳动物的祖先还只是一种仅有老鼠大小、为了躲避恐龙而住在洞穴里的小动物。要不是这颗不期而遇的小行星干掉所有的恐龙，各位小朋友现在恐怕就只能趴在地洞里读我的书了。

更重要的是，这样的幸运人类并非只经历了一次，而是至少经历过五次。每一次，我们的祖先都能够死里逃生，同时让大灭绝把他们难缠的对手干掉。对于人类的幸运，著名科普作家、《万物简史》的作者比尔·布莱森曾做过一个非常形象的比喻：“在将近40亿年的时间里，在每个必要的时刻，我们的祖先都成功地从一系列快要关上的门里钻了过去。”

其实类似的理由还有很多，我就不在这里一一列举了。很多人都觉得，人是万物之灵，而人类在地球上的崛起是不可阻挡的历史潮流。但事实上，现在我们之所以能够统治这个星球，只不过是数不清的偶然因素共同作用的结果。

人类差一点就无法在这个世界上存在，这听着就已经够吓人了。但下面我们还要讨论一个更吓人的问题：宇宙会不会有末日？

大家都知道，人类一直面临着一个最终极的问题：我们将往何处去？历史上已经有过不少关于世界末日的猜想。比如，基督教的《圣经·启示录》就认为，有朝一日人类会在一个叫哈米吉多顿的地方进行最后的善恶大对决；耶稣基督将会降临，并帮助他的子民取得胜利，然后再对所有人进行审判。又如，美国桂冠诗人罗伯特·弗罗斯特在他的名作《火与冰》中留下了这样的诗句：“有人说世界将终结于火，有人说是冰。”

以前的这些关于末日的猜想都有一个共同的特点：它们讨论的其实仅仅是地球或人类会不会遇到末日。但我们现在要讨论的是整个宇宙会不会遇到末日：到了那一天，宇宙中所有的星系、恒星和生命都将被同时毁灭。在绝大部分的人类历史上，这个问题都只能是宗教或哲学问题；但在经历了过去一百年科学的飞速发展之后，现在它已经变成了一个真正意义上的科学问题。恐怕你们很难想象，这个问题的答案竟然是：“确实存在会遇到宇宙末日的可能性！”

爱因斯坦

很恐怖，对吧？但它的的确确是真的。下面我就来给小朋友们讲一讲其中的道理。不过在此之前，我要先给大家讲一个大人物的故事，他就是爱因斯坦。

爱因斯坦现在已经被公认为有史以来最伟大的两位科学家之一，比一般的科学家厉害不知道多少倍。但他刚从大学毕业的时候，过得却比一般的大学毕业生要惨不知道多少倍。在爱因斯坦读书的那个年代，大学生非常稀缺。例如，在爱因斯坦就读的苏黎世联邦工学院（现在已经更名为苏黎世联邦理工学院），和他同一届毕业的物理系本科生总共只有4人。所以在那个年代，大学毕业生都是不愁找工作的。这就让爱因斯坦有机会创造他人生中的第一个纪录：他成了联邦工学院物理系历史上第一个没有找到工作的毕业生。

那时的爱因斯坦是一个相当叛逆的年轻人，喜欢挑战权威，而且还恃才傲物。爱因斯坦常常对讲课不好的老师（也就是联邦工学院的所有老师）表示不屑，还总是逃课，这让所有的教授都很讨厌他。举个例子，物理系主任韦伯曾当众斥责他：“你最大的缺点就是从不听别人的意见。”此外，还有一个数学教授闵可夫斯基甚至在一封给别人的信里大骂他是“懒狗”。所以在爱因斯坦毕业的时候，没有一位教授愿意雇他做自己的助教。比如韦伯教授，为了不给爱因斯坦工作机会，甚至雇了两个工程系的毕业生。

毕业后整整一年半的时间，爱因斯坦都找不到正式的工作，只能靠给别人做家教来勉强维持生计。在此期间，他恨不得给全欧洲的自然科学教授（无论数学、物理、化学）都写了求职信，结果全部石沉大海。举个例子，爱因斯坦给德国莱比锡大学的化学教授奥斯特瓦尔德写了一封信，信里哀求道：“您是否需要一位数学物理学者做您的助手？我一贫如洗，只有这样的一个职位才能使我继续进行自己的研究。”两星期后，他借口说“我忘了上封信是否附上了我的地址”，又寄出了第二封信。最后，就连爱因斯坦的爸爸都偷偷地给奥斯特瓦尔德写了封信，悲苦地请求他帮爱因斯坦谋求一个助教的职位。结果三封信都没有得到任何回音。讽刺的是，在九年之后，正是这位冷酷无情的奥斯特瓦尔德教授第一个站出来，提名爱因斯坦去评选当年的诺贝尔物理学奖。后来，爱因斯坦给自己的同学格罗斯曼写信诉苦，信中自嘲道：“上帝创造了蠢驴，还给了它一张厚皮呢。”

最后还是老同学格罗斯曼救了爱因斯坦一命。他通过自己父亲的关系，让爱因斯坦走后门得到了一份伯尔尼专利局的工作。后面的事应该就有不少人知道了。1905年，爱因斯坦一口气发表了五篇划时代的论文，在量子论、原子论和狭义相对论三大领域都取得了革命性的突破，从而缔造了著名的物理学奇迹年。在学术界圣地屹立了超过两百年的牛顿力学大厦，也因此而被颠覆。

在取得了这么伟大的成就之后，爱因斯坦是不是就苦尽甘来，从此走上人生巅峰了呢？完全不是。当时除了极少数的专家，根本就没人搭理他，所以他还是只能待在专利局里继续做他的技术员。1908年初，苏黎世的一所高中在报纸上刊登广告，打算招聘一名“数学教师”。爱因斯坦心动了，向那所高中提交了申请，宣称自己也可以教物理。结果一共21个人申请，爱因斯坦在初选的时候就被刷掉了。

可能有小朋友要问了：“爱因斯坦为什么会这么倒霉，在缔造了物理学奇迹年以后依然没能变成科学界的超级明星呢？”答案是，在那个时候，爱因斯坦并没有做出他一生中最大的贡献。到1915年，爱因斯坦才提出他一生中最伟大的理论，那就是被誉为科学史上最美理论的广义相对论。

很多人一听广义相对论就觉得特别可怕，好像只有科学家才能搞懂。但其实只要给它换一个名字，马上就会变得好懂很多。大家可以把广义相对论理解成爱因斯坦引力理论。

小朋友们来跟我一起做一个思想实验。想象有一张很大的弹簧床垫。一般来说，一个小玻璃球在平坦的床垫上滚动的时候，都会走直线。现在把一个巨大的铁球放在床垫上，它立刻会让床垫陷下去。很容易想象，如果此时在这个大铁球的旁边还有一个小玻璃球，它的运动轨迹立刻会发生改变。如果玻璃球最初的运动速度足够大，它还可以逃离这个被铁球压弯的区域；如果最初的运动速度比较小，它就会沿着被压弯了的床垫撞上大铁球。好了，现在把床垫想象成空间，把铁球想象成太阳，爱因斯坦发现，由于太阳的存在而造成的空间弯曲，恰好就等价于把一切物体拉向太阳的万有引力。空间弯曲等同于万有引力，这就是广义相对论最核心的概念。所以大家可以把广义相对论理解成升级版的牛顿引力，也就是我们刚才说过的爱因斯坦引力理论。

爱因斯坦提出广义相对论后，马上就用它来研究整个宇宙。结果不研究不要紧，一研究就出了巨大的问题。我们来说说到底是怎么回事。小朋友们都知道，由于地球的万有引力，各种抛到天上去的物体最终都会落回地面。

要想使这些物体不落回来，无外乎有两种办法：第一，让物体以很高的速度往外跑，比如人造卫星；第二，让物体受到与地球引力方向相反的力，比如热气球。现在，把这个观察推广到整个宇宙。爱因斯坦发现，由于引力的作用，整个宇宙最终都会塌缩成一团。要真是这样的话，地球肯定会被挤扁。类似地，要想阻止宇宙的塌缩，也只有两个办法：（1）让整个宇宙都以很大的速度向外膨胀；（2）让宇宙中存在一种能产生斥力的物质，从而与引力相抗衡。

我们在第二讲里讲过，在爱因斯坦提出广义相对论的年代，人们普遍认为银河系就是整个宇宙的全部。很明显，银河系不会膨胀，所以爱因斯坦就认为第一种办法是不可行的。因此，他修改了自己的广义相对论，在其中加了一个宇宙常数项。这一项的作用是产生斥力，而且这个斥力的大小完全取决于宇宙常数的大小。通过调节宇宙常数的值，可以使它产生的斥力恰好等于宇宙中所有物质产生的引力，从而使整个宇宙保持静止。

但我们也讲过，到了20世纪30年代初，美国天文学家哈勃利用造父变星的标准烛光发现整个宇宙其实在膨胀。这个发现对爱因斯坦来说可谓是五雷轰顶。既然宇宙本身在膨胀，那他引入宇宙常数的举动就变得完全多余了。更要命的是，如果当年不引入那个宇宙常数，爱因斯坦本来有机会能预言出整个宇宙都在膨胀！你想想，在一个小小行星的一个小小角落，一个人完全凭借自己的思考就能够知道整个宇宙如何演化，这是一个多么伟大的成就啊！可惜由于选错了路，爱因斯坦失去了这个大好机会。爱因斯坦对此后悔了一辈子，以至于他后来都快成了“祥林嫂”，见了谁都要唠叨，说引入宇宙常数是他一生中最大的错误。

但现实往往比最离奇的想象还要离奇。在最近的二十年间，这个故事又发生了巨大的反转。

1998年，利用一种叫Ia型超新星的标准烛光，两个美国的研究小组又发现了一件让所有人都目瞪口呆的事：我们的宇宙不但在膨胀，而且还是在加速膨胀。也就是说，宇宙膨胀的速度正越来越快。这是一个非常伟大的发现，它的意义一点都不比哈勃发现宇宙膨胀小。由于这个发现，索尔·佩尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯获得了2011年的诺贝尔物理学奖。

这听起来有点复杂，是吧？没关系，我来给你们解释一下。要想使热气球升空的速度越来越快，必须使热气球受到的向上的升力大于地球对它的引力。类似地，要想让宇宙能够加速膨胀，必须使宇宙中的斥力大于其中的引力。这就意味着，那个已经被爱因斯坦抛弃的宇宙常数竟然又复活了。只不过这回需要把它的值调得比较大，从而让它产生的斥力能超过宇宙中所有物质产生的引力。也就是说，爱因斯坦引入的那个宇宙常数，其实是21世纪的物理学碰巧出现在了20世纪！换言之，所谓的“爱因斯坦一生中最大的错误”，不但不是广义相对论的污点，反而是这顶科学皇冠上最璀璨的钻石！

现在学术界已经普遍接受，在宇宙中存在着一种非常神秘的物质，叫暗能量；它的作用，就是为宇宙当前的加速膨胀提供斥力。科学家已经提出了很多关于暗能量的理论，其中最有名的就是刚才给大家介绍过的爱因斯坦的宇宙常数模型。也就是说，宇宙常数与暗能量并不等价，它只是暗能量的候选者之一。

可能有小朋友要问了：“暗能量到底是什么东西呀？”实话告诉你们，现在这世界上还没有任何一个人能够准确无误地回答这个问题。要是有人能找到这个问题的答案，他不但能获得诺贝尔物理学奖，说不定还会成为下一个爱因斯坦。目前科学家能够确定的是，暗能量具有以下三个主要性质：（1）暗能量是“暗”的，它不会发光，也不会反射光，所以我们永远都无法看见它。（2）与常规的物质不同，暗能量产生的不是引力，而是斥力。（3）一般认为，暗能量来自真空，所以它无处不在，而且均匀地弥散在整个宇宙中。换句话说，暗能量其实离我们并不遥远，它就藏在我们每一个人的体内和身边。那为什么我们在日常生活中完全感受不到暗能量的存在呢？因为它的密度实在是太小了。据宇宙学家估算，一立方米的区域内所包含的暗能量的总质量大概只有一亿亿亿分之七克。这是什么概念呢？我们知道，地球的平均半径是6371公里。这意味着，就算把133个地球所包含的暗能量全部加起来，也仅能让它的总质量达到1克，也就是一枚1元硬币的五分之一。暗能量的密度这么小，自然就对我们的日常生活毫无影响了。然而，尽管暗能量的密度特别小，但宇宙的任何一个地方都会有它。所以暗能量就积少成多，成了宇宙中一支非常强大的势力。最新的天文观测表明，暗能量占宇宙总物质的比例达到将近70%。换言之，暗能量才是宇宙中的主导力量，而它的性质将决定宇宙最终的命运。

估计有些小朋友已经开始不耐烦了：“你不是要讲宇宙末日吗？怎么老是讲暗能量啊？”别着急，我们马上就要回到主线了。正常的暗能量模型（例如爱因斯坦的宇宙常数模型）根本不会和任何宇宙末日扯上关系。但是那个打开潘多拉魔盒的人已经准备好要登场了。

1999年，美国物理学家罗伯特·考德威尔提出了一个全新的暗能量模型。当时恰好有一部非常热门的好莱坞大片上映，那就是大导演卢卡斯的《星球大战1：幽灵的威胁》。为了向这部大片致敬，考德威尔用幽灵的英文单词“Phantom”来给自己的新模型命了名。它的中文名是幻影暗能量。

结果，考德威尔的理论一提出，立刻遭到了学术界的围剿。所有的审稿人都使出浑身解数拼命刁难考德威尔，不让他的论文发表。正常情况下，一篇论文从投稿到接收，一般需要三到六个月。但是考德威尔的这篇论文，却花了整整三年的时间才得以正式发表。为什么这篇论文这么招人恨呢？因为它指出了一种匪夷所思的现象：暗能量的密度有可能会随着时间的推移而不断变大！

我来给大家解释一下这到底意味着什么。众所周知，我们所熟悉的世界，它的稳定是靠引力维系的。举例来说，我们之所以不会飘向太空，是因为地球的引力拉住了我们；地球之所以不会飘向太空，是因为太阳的引力拉住了地球；太阳之所以不会飘向太空，是因为银河系中心黑洞的引力拉住了太阳。如果没有万有引力，一切都会土崩瓦解。引力有一个特点，就是它非常稳定，不会因为时间而改变。换句话说，无论经过多长时间，维系地球、太阳系和银河系的引力都不会变大或变小。

我们前面说过，宇宙中每一个角落都存在暗能量，而且它会产生斥力。由于暗能量的密度特别小，导致它产生的斥力也特别小，所以我们在日常生活中根本就感受不到它的存在。但如果考德威尔的理论是对的，那麻烦可就大了。幻影暗能量的密度会随着时间的推移而不断地变大，从而导致由它产生的斥力也不断变大；与之相对，维系世界稳定的引力却永远保持不变。所以总有一天，斥力将会超过引力，从而破坏原本由引力维系的这个世界的稳定。换句话说，到时候宇宙中所有的结构，无论是银河系、太阳系、地球还是我们本身，都会从内部被幻影暗能量撕碎。这个恐怖的末日景象就是“宇宙大撕裂”。

“宇宙大撕裂”会发生吗？2012年，本书作者与其他三位同事合作，用当时最新的天文观测数据研究了宇宙最终的命运，后来发表的文章得到了几十家中外媒体的报道。我们的研究表明，目前的天文观测确实无法排除发生“宇宙大撕裂”的可能。在最坏的情况下，宇宙甚至有可能在167亿年后就遭遇毁灭。

我们不妨来开开脑洞，看看要是真有一个宇宙末日，世界到底会变成什么样子。假设宇宙大撕裂发生在公元167亿年12月31日的24点整。公元167亿年与现在最大的不同就是天上的星星全都消失了，而且已经消失了上千万年。但除此以外，在最后一年绝大多数的时间里，我们并不会感受到任何的异常。不过，在10月31日那天，我们会发现自己看不到冥王星了。随后，海王星、天王星、土星、木星和火星也像约好了似的，一个接一个地神秘失踪。到了12月26日，就连月球也离家出走了；我们亲眼看着它脱离了地球引力的束缚，然后像脱缰的野马一样消失在了太空的深处。真正恐怖的事发生在12月31日的午夜。12月31日23点32分，幻影暗能量产生的斥力超过了太阳自身的引力，从而把太阳给弄散架了。12分钟后，也就是23点44分，地球仿佛被一个巨大的炸弹从内部炸开，也土崩瓦解了；大大小小的地球碎片散落在了太空中，到处都是人们的哭喊声，不过他们的痛苦很快就要结束了。在末日到来前的十亿亿分之三秒，就连原子都会被幻影暗能量的斥力撕碎。然后就是“大撕裂”的时刻。在这一刻，幻影暗能量将君临天下，彻底摧毁宇宙中的一切。整个宇宙，甚至包括时间本身，都会在这一刻走向终结。

恐怕弗罗斯特做梦也不会想到，除了火与冰之外，宇宙中还隐藏着更恐怖的东西。

当然小朋友们也不用担心，上面描述的景象仅仅是一种理论上的可能。宇宙的最终命运将取决于暗能量的性质。而对暗能量的探索，无疑将成为21世纪最重要的科学任务之一。

《给孩子讲宇宙》第4讲 宇宙会不会有末日

《给孩子讲宇宙》第4讲宇宙会不会有末日