哲學三論

在日常生活中，有個很常見的玩笑，也就是號稱門衛(wèi)老大爺?shù)闹睋粜撵`的三問：

• 你是誰？
• 你從哪來？
• 你要到哪去？

各大古代文明實際上也從不同的角度來思考類似的問題，產(chǎn)生了各自的文明特質(zhì)的哲學。而這類問題也被我們稱為：終極問題。實際上終極問題并不局限于這三個，每當我們仰望星空時，其實關于“宇宙”也存在這許許多多的終極問題。這些終極問題如今不僅僅是哲學家在思考，許多科學家都進入到了探求的隊伍當中。

隨著科學技術的發(fā)展，我們知道得越來越多，同時，我們也發(fā)現(xiàn)，不懂的也越來越多。在眾多關于“宇宙”的終極問題中，“宇宙的最終命運”，也就是“宇宙末日”，是一個極有分量的存在。了解一些科學知識的人，可能知道，關于“宇宙的最終命運”有幾個假說：

1. 大擠壓
2. 大反彈
3. 循環(huán)論
4. 大撕裂
5. 熱寂說

一聽到這是假說，很多人可能就在覺得這是科學家的一些天馬行空的想法。實際上，這五個假說并非是架空現(xiàn)實的構想，而是基于目前對宇宙學的認識，在一個模型推導出來的結果，而且這個模型最終也會讓我們知道決定宇宙未來命運的因素到底是什么？

今天，我們就來聊一聊這五個假說到底是咋來的？

宇宙竟然有個“起點”？

古人很早就在思考：宇宙到底是什么樣的？

他們當時就發(fā)現(xiàn)在天空中，除了太陽、月亮以及5個行星之外，其他的行星基本不怎么動，即使動也是有規(guī)律地，緩慢地在運動。于是，不知道在什么時期開始，古人開始相信：宇宙是永恒的。這里的永恒，是指宇宙沒有一個起點，也沒有一個終點，自始至終就是一個樣，幾乎沒什么變化。以此為基礎，古代的學者構造了第一個宇宙模型，也就是著名的地心說。

到了20世紀，具體來說是1915年，先是愛因斯坦提出了廣義相對論，廣義相對論中的場方程預示著一個膨脹的宇宙。

為了抵消膨脹效應，愛因斯坦往場方程中加入了一個“宇宙學常數(shù)Λ”。這樣就確保了宇宙還是“永恒”的。但帶有“個人情感”來改造科學原理的結果，只能是被打臉。

到了1927年，有一位叫做勒梅特的神父，他同時也是一位科學家。

他在研究愛因斯坦的廣義相對論時，就發(fā)現(xiàn)場方程預言的“宇宙膨脹”應該是存在，也就是說，宇宙存在著一個炙熱的奇點。

但是勒梅特的研究并沒有引起太多的重視?？删驮谶@個時候，美國天文學家哈勃在觀測銀河系外星系時，就發(fā)現(xiàn)銀河系外的星系大多都有紅移的現(xiàn)象。

這里的紅移指的就是觀測到的光譜有往紅段移動的趨勢，這意味著星系在離我們遠去。

通過進一步的研究，科學家發(fā)現(xiàn)，并不是星系在運動，而是宇宙在膨脹。而且宇宙是整體性的膨脹，并只有邊緣在向外擴。

如果說勒梅特只是在理論上反駁愛因斯坦，而哈勃是徹徹底底地利用觀測手段，擊垮了愛因斯安的“宇宙學常數(shù)Λ”。

但是事情很快就迎來了反轉(zhuǎn)，勒梅特提出，我們不可以把“宇宙學常數(shù)Λ”清出場方程，而應該把它發(fā)揚光大。為什么這么說呢？

我們來想象這么一個場景，有個球下落，你會發(fā)現(xiàn)，它的下落速度并不是恒定不變的。

同樣，如果你往天上扔球，就會發(fā)現(xiàn)，球會減速運動，然后速度降為0，然后開始加速下落。那這和“宇宙學常數(shù)Λ”有啥關系呢？

我們想象一下，如果宇宙有個炙熱的開端，現(xiàn)在我們也說這是宇宙大爆炸。大爆炸之后，如果沒有外力，只有物質(zhì)主導的引力，所以宇宙的膨脹應該是引力作用下開始減速運動。如果有外力，并且這個外力是和引力相反的斥力，那我們是搞不清楚宇宙到底是如何運動，因為這取決于兩種力的大小。因此，膨脹速度是會變化的，勒梅特認為不同的“宇宙學常數(shù)Λ”就可以描述宇宙膨脹的不同狀態(tài)。

由此，他提出這樣一種觀點：

宇宙的膨脹速度并非是恒定的，因為物質(zhì)的引力占了主導，所以開始時減速，后來宇宙學常數(shù)Λ所帶的排斥力占據(jù)了主導，宇宙開始加速膨脹，然后就一直加速下去。

宇宙的終局

勒梅特的理論實際并不足夠完善，后來許多科學家加入到了建設這個模型的過程中來，這個理論慢慢演化成了大爆炸模型。

科學家繼續(xù)深入研究之后就發(fā)現(xiàn)，宇宙中還存在這一種我們看不見的物質(zhì)，這種物質(zhì)被我們稱為暗能量，它和宇宙的尺度有關，它提供的就是斥力。不僅如此，宇宙中還存在著一種叫做暗物質(zhì)的，它提供的是引力。暗能量、暗物質(zhì)、已知物質(zhì)的占比，也就決定著宇宙的未來。由此，我們也可以知道“宇宙學常數(shù)Λ”其實和物質(zhì)的占比也有關系。

如今在大爆炸模型的基礎之上，又迭代出一個新的模型叫做Λ-DCM模型。其中Λ指的就是宇宙學常數(shù)，而DCM指的是暗物質(zhì)。也就是說，Λ的取值變得尤為重要，它控制著宇宙膨脹的速度，因此它會決定宇宙的未來。但是要知道獲取到“宇宙學常數(shù)Λ”的難度很高，并且很難測量準確。因此，科學家就想了另外一個辦法，那就是換個研究對象，他們挑了另外兩個物理量：

• 哈勃常數(shù)H
• 宇宙質(zhì)量密度ρ

其中哈勃常數(shù)H，可以通過宇宙微波背景輻射的研究結果來得到對應數(shù)字，它的含義是宇宙膨脹的速率。宇宙質(zhì)量密度ρ，則可以通過宇宙學的理論的計算得到。具體來說是這樣的，按照目前的觀測，我們知道宇宙在大尺度上是不彎曲的，這就可以用到弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃克度規(guī)，你可以把“度規(guī)”理解成建了一個坐標系。然后，我們就可以得到一個宇宙臨界密度的表達式：

這個表達式如何推導的，這里就不贅述的。我們直接說結果，科學家發(fā)現(xiàn)，根據(jù)廣義相對論，我們可以得到一個以物質(zhì)為主導的宇宙停止膨脹的時候，宇宙所對應的密度是：ρ=0.9×10^（-29）g/cm^3，此時的哈勃常數(shù)取值是：70 km/s·Mpc 。這個密度也被我們稱為臨界密度。這其實是一個很夸張的水平，相當于一立方米中只存在一個氫原子。

科學家就發(fā)現(xiàn)，通過對比宇宙真實的平均密度與臨界密度的比值，我們就可以知道宇宙的演化。于是，這也就轉(zhuǎn)化為：比較哈勃常數(shù)H和70 km/s·Mpc之間誰更大的數(shù)學問題了。我們只要能夠測出準確的哈勃常數(shù)就可以知道宇宙的終極命運。

• 平均密度 ＞ 臨界密度。（哈勃常數(shù)H＞70 km/s·Mpc）

在這種情況下，說明引力是主導，這個對應的宇宙終極命運就是大擠壓。

大擠壓對應的宇宙終極命運的過程大概是這樣的：

宇宙在引力作用下減速膨脹，直至膨脹速度降為0，然后宇宙開始收縮，最后收縮成一個奇點。在收縮的過程中，宇宙的溫度會逐漸升高，宇宙中的生物基本上都會被熱死或者燙死。這也被認為是宇宙的熱死亡。

同時，有一部分科學家認為大擠壓的過程中，由于速度特別快，力道非常大，有可能適得其反，引發(fā)宇宙再一次發(fā)生大爆炸，然后重新開始膨脹，這也被稱為大反彈。

所以，你可以想象到，持這一類觀點的人中有一部分會認為宇宙就是在“膨脹→擠壓→大爆炸”的循環(huán)往復中進行著，這也被稱為循環(huán)論，或者說是宇宙周期性脈動。

也就是說，在平均密度＞臨界密度的情況中，對應著大擠壓、大反彈和循環(huán)論三個宇宙終極命運假說。

• 平均密度 ≤ 臨界密度（哈勃常數(shù)H≤70 km/s·Mpc）。

在這種情況下，宇宙對應的其實就是冷死亡，也就是宇宙一直在膨脹，斥力占據(jù)了主導，最終宇宙中大到天體，小到原子結構都會被撕裂開，因此，這也被稱為大撕裂。

在這個維度中，其實還有熱寂說。說到熱寂，我們就得提一下熵增原理。所謂“熵”指的就是系統(tǒng)的混亂程度。我們舉個例子，如果你的房間沒有人管，時間長了，你就會發(fā)現(xiàn)，房間會變得非常混亂，這個混亂程度的增加其實就是熵增。（這里補充一句，熵增原理實際上比這個比喻復雜得多，它涉及到系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)，這里就不詳細展開聊了。）

如果我們把宇宙看成是一個系統(tǒng)，那宇宙最終的結局應該就是熵最大，也就是最混亂的一種狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，宇宙中出處的溫度都是一樣的，這也就沒有熱傳遞，沒有熱傳遞也就沒有信息的傳遞，最后到達熱寂。

也就是說，在平均密度≤臨界密度的情況中，對應的宇宙終極命運是大撕裂和熱寂說。

科學家通過WMAP和普朗克衛(wèi)星測到的哈勃常數(shù)H大概在 67km/ s·Mpc，也就是說，哈勃常數(shù)H是小于70 km/s·Mpc，是平均密度 ≤ 臨界密度的情況，對應的是冷死亡，也就是大撕裂和熱寂說。

所以，你看雖然這五個假說被稱為“假說”，但實際上背后有非常嚴密的理論推導、證明和觀測的支撐，并不是胡亂猜的，這也正是科學家嚴謹?shù)牡胤健?/p>