宇宙撕裂，万物消失

发表于 2009年4月4日由李淼

这是一篇登在某杂志上的文章，题目是编辑起的，原因是一开始有个“判断”，我说如果暗能量密度越来越大，那么宇宙的寿命就是有限的。这在某种程度上有数据支持。但数据还太少，最近又有人的得出暗能量密度越来越小，我的两个学生李霄栋和王爽正试图重复这个结果，并加以推广（到大红移）。

宇宙的寿命可能是有限的

上世纪末天文学家通过观测遥远的超新星得到一个惊人的判断，遥远的天体相对我们的退行速度越来越大，意味着在我们宇宙中存在一种无所不在的特殊能量，这种能量被称为暗能量，因为它的唯一作用是提供斥力使得宇宙中天体之间的退行速度越来越大，我们还没有发现有其他什么办法直接和这种能量打交道。最近几年来，天文学家和物理学家合作研究暗能量的性质，提出了各种各样的可能。有人认为暗能量密度是一个恒量，大小不依赖地点也不依赖时间。如果是这样，宇宙将无止境地膨胀下去，恒星和星系将消失，人类也很难维持文明。另一种可能是能量密度越来越小，对人类来说这是最好的可能。第三种可能是密度越来越大，天体之间的斥力也越来越大，最终导致大撕裂，即所有物质包括分子原子都被撕裂，这是宇宙的终结。令人害怕的是，有一些观测证据支持这种观点。

宇宙有一个开端吗？如果有，宇宙是怎么起源的？

宇宙是否有一个开端？大爆炸宇宙学说看上去承认宇宙有一个开端，在开始的时候，大约140亿年前，宇宙非常非常小，突然宇宙空间的每一个点同时爆炸，温度很高，看上去是一锅炽热的粒子气体。我们现在的宇宙就是从那个婴儿期来的。科学家们相信，在热大爆炸之前，还有一个极为短暂的时期，宇宙在这个时期是冷的，但存在一种能量使得宇宙膨胀得更为迅速。宇宙在这个时期以前是什么样子？是否还有一个有趣的历史? 我们还没有答案。

为什么物理学定律是这样的形式？这些物理学定律从何而来？

自然界最大的秘密是所有现象都遵循规律，这些规律在物理学中就是定律，行星遵循万有引力定律围绕太阳转，电子遵循电磁定律和量子力学围绕原子核转，太阳遵循核物理定律发光发热。过去，物理学家和普通人一样，认为物理定律就该是这个样子，从来没有问过物理定律为什么是这样子，还有没有可能是别的样子？物理学和宇宙学的发展使得科学家们开始发问这些问题，而问题的回答可能并不简单，也许是物理学的终极答案。

宇宙中物质的复杂性的起源

宇宙是复杂的，地球上的很多现象是复杂的，如果没有这些复杂现象，我们的生活就少了很多乐趣，例如美就是建立在复杂现象的基础上的。甚至可以说，没有复杂性，就没有生物，没有人类，没有喜怒哀乐。物理学家喜欢研究小系统，因为简单。但一个复杂的现象必然与比较大的系统有关，复杂性往往就是系统中很多部分合作产生的。生命的基础建立在蛋白质、基因等等大分子和分子集团之上的，这些复杂的结构是怎么来的？我们能从简单物理规律推出它们的起源吗？

宇宙如何结束？

前面说到，如果暗能量的密度越来越大，我们的宇宙前景可不怎么样，但即使是这样，也要几百亿年甚至上千亿年宇宙大撕裂才会发生。仅就目前我们掌握的情况来看，怀疑宇宙会发生大撕裂有点杞人忧天，要肯定暗能量密度越来越大，至少需要我们做十年甚至二十年的实验。也许暗能量密度不会变大也不会变小，也许会变小，谁知道呢？西方人特别在乎宇宙未来会不会崩溃或者死寂，哪种结果都是他们不希望看到的。在不远的将来，也许我们能够确定宇宙将如何结束。

我们的宇宙是经过微调以适应生命和智慧存在的吗？如果是，为什么？

人的存在在我们眼中是天经地义的，就像日月星辰，山川土地的存在一样自然。物理学学习到一定程度，我们就会知道，世界上很多存在和现象与物理定律密切相关。如果我们稍微改变一点物理定律，世界可能就完全不同，例如，将万有引力的强弱变化一些，太阳也许还存在，但大小完全不是现在这个样子。将电子电荷变化一点，分子原子的大小完全不同，人类也许因此不复存在。每一个物理定律和物理常数就像一个收音机调台钮，旋动一点，生命和智慧就会消失。

爱因斯坦的后继者

爱因斯坦毫无疑问是20世纪最大的科学家，甚至是20世纪最著名的人。所以，经常有人问，爱因斯坦之后还有和他一样伟大的科学家吗？如果有，是谁？对第一问题的回答是否定的，从而第二个问题也就变得没有意义了。

爱因斯坦是相对论的唯一创始人，是量子理论的创始人之一，而这两个理论是20世纪以来物理学的两大支柱。做到其中一点，就会成为不朽的科学家。媒体经常拿霍金说事，认为他是爱因斯坦的继承人。作为一位身体残缺却对物理做出很大贡献的人，霍金无疑值得我们尊敬。他在物理学中最为人称道的贡献是发现黑洞辐射，这个发现也是理论上的，由于条件所限实验上还没有验证霍金的理论。即使霍金是正确的，这个贡献也无法比拟爱因斯坦的两大贡献。所以，严格地说，霍金虽然可说是爱因斯坦之后继承爱氏研究重要科学家之一，却不能说成是他的继承人。谁是爱因斯坦的继承人？当然没有，因为爱氏晚年最大的心愿还没有能够为后人完成：将自然界所有基本物理定律统一起来。

物理定律可以完全统一起来吗？历史的经验似乎支持正方。天体运动规律和地球上物体运动规律被牛顿统一起来了，不同的热学现象和化学现象也统一起来了。在19世纪，看上完全不同的光和电也统一起来了，到了20世纪，亚原子世界的两种力也统一起来了。最后我们问，万有引力和电磁力是同一种力吗？很多爱氏的后继者认为一定可以统一起来，虽然直到今天我们还没有能够完成这个伟业。这个尴尬局面为反方提供了嘲笑的把柄。

还有很多人从理论上试图完成这项看上去不可能完成的任务，这些人分成若干派别，其中最大的一派叫超弦派，我就属于这一派。超弦派认为，世界上所有的最小的不可再分的粒子其实是弦，或者类似弦的东西。还有一派认为超弦派走得太远了，他们相信只要将爱因斯坦的理论重新包装一下，然后用一些看上去很抽象的数学折腾一下，就可以成功了。再有一些少数派，基本上在自弹自唱无人理睬。现在看起来，研究粒子的物理学家和研究宇宙的物理学家比较倾向于支持超弦派。也许下一个爱因斯坦会出自超弦阵营，我却不愿意押宝。虽然我将希望寄托在随时可以冒出来的天才身上，我深刻怀疑伟人的时代已经过去了，就像莎士比亚不可复制一样，爱因斯坦同样不可复制。也许我们每一个人都将是那个“伟人”的一个部分，我们这些坚信宇宙和物理学规律是统一的人作为一个集体是爱因斯坦的后继者。

这个世纪也许在经济上是一个不寻常的世纪，在物理学上，我感觉将是一个令后人觉得了不起的世纪。

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中国科学院理论物理研究所研究员

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