時間真的有盡頭嗎？

原創 紫微 中國科學院紫金山天文臺

今天，解封不久的各大影院正新鮮上映一部影片——《我在時間盡頭等你》。海報上的宣傳語寫著「2020第一場愛情電影，一定要和最愛的人一起看」。這在作為中國傳統七夕節的今天可謂相當應景。電影講述了男主林格一次次重啟時空，只為與戀人邱倩再次相遇的故事。

一生只愛一個人，希望開頭是你，結尾也是你，2020年七夕最深情的告白，就像這部電影的名字，我在時間盡頭等你。

不過，你可曾仔細想過，時間是否真的有盡頭？時空又真的能夠一次次重啟嗎？

電影《我在時間盡頭等你》海報 | 圖片：網絡

奇點

根據愛因斯坦的廣義相對論——迄今對宇宙時空最理想的表述，唯一能讓時空終止的就是所謂「奇點（singularity）」。它是一個體積無限小、密度無限大、引力無限大、時空曲率無限大的點。在這個點，目前所知的物理定律停止適用。根據廣義相對論，宇宙大爆炸發生在138億年前，也就是說宇宙現在的年齡是138億歲。而在此之前，宇宙的初始狀態就是一個「奇點」，沒有時間，也沒有空間，時間和空間都毫無意義。即使廣義相對論本身也會在奇異點處失效。

你也許會說，這太難理解了！沒錯，因為「奇點」本是一個數學概念，你非要從物理上去「理解」，不難才怪！

盡頭

好吧，讓我們放下難懂的「奇點」，先試著接受宇宙源於「大爆炸」（BIG bang）這樣一個目前被廣泛認可的「事實」，讓時間開始流逝。那麼，時間的盡頭就是要讓宇宙再回到一個「奇點」。這可能嗎？

在回答這個問題之前，我們有必要了解一下籠罩21世紀物理學天空的兩朵「烏雲」——暗物質和暗能量。關於它們的本質，我們知之甚少，但是越來越清楚的是，它們對我們的宇宙至關重要。可以說，暗物質「成就」了宇宙的過去，星系和大尺度結構的形成都離不開暗物質的功勞；而暗能量則「掌控」著宇宙的未來，宇宙的命運如何完全取決於暗能量。

大爆炸學說下宇宙的三種可能命運：大坍縮（BIG Crunch）、大撕裂（BIG Rip）、大凍結（BIG Freeze）| 圖源：網絡

了解暗能量的本質關乎我們對宇宙命運的認知：如果它漸漸變弱，宇宙可能終結於「大坍縮」（BIG Crunch），重回「奇點」（約千億年），這樣的宇宙形狀像個球面，稱為閉合宇宙；如果它無止境地蒸蒸日上，則有可能會引發「大撕裂」（BIG Rip），屆時所有的物質將全部以最基本的粒子的形式存在，是另一種「奇點」（幾百億年）；如果暗能量一直存在，宇宙將歸於熱寂（Heat death）,即「大凍結」（BIG Freeze），這樣的宇宙幾何像個馬鞍，稱為開放宇宙。

宇宙學標準模型中，暗能量充斥整個宇宙，並推動宇宙加速膨脹。目前的觀測宇宙學已基本形成一個廣泛的共識：宇宙正處於膨脹狀態，而且是加速膨脹，如果這種膨脹一直持續下去的話，宇宙中所有天體都會被「撕碎」，最終進入一個「大凍結」（BIG Freeze）狀態。據已知的理論推算，大約10100（古戈爾，googol）年後，我們的宇宙將不再形成新的恆星。

最新的研究結果依舊支持標準宇宙學模型。宇宙按照愛因斯坦廣義相對論演化，宇宙是空間平坦的，除了構成恆星、星系等的普通物質（佔宇宙總質量的5%），還包括雖不可見，但具有引力效應的暗物質（約佔27%），以及可觀測但本質未知的神奇暗能量（約佔68%）。

熵

為了更好地理解（也許適得其反，變得更難懂了，那可別怪我，真的不是我的錯），我們再（小心翼翼地）引入一個概念。

宇宙萬物趨於變得越來越無序，而熵（Entropy）正是物理學家用來衡量無序程度的量。「孤立系統的熵值永不減少」是「熱力學第二定律」的一種表述。如果我們所在的宇宙是一個與外界既沒有物質交換也沒有能量交換的所謂「孤立系統」（有待證明），那它的熵一定是不減的。熵的概念可以幫助我們理解宇宙各個層次的演化，它為我們提供了時間軸的方向（時間之箭，the arrow of time），而熵總是朝著增加的方向發展。

隨著最後一顆黑矮星的消逝，整個宇宙連哪怕是一個原子都不會留下；成群的黑洞在一陣「弱肉強食」的狂亂之後，最終也會通過霍金輻射蒸發殆盡，如果我們終究無法逃離現在的宇宙，那麼熵就會繼續增加，拼盡全力讓宇宙最後一次沐浴著光。整個宇宙變得寒冷、黑暗……趨於絕對零度。彼時，時間已失去意義，宇宙終於永恆，一成不變。熵最終停止增加，因為宇宙不可能再發生任何無序，什麼也不會再發生，永遠不會。

重啟

接下來，一個自然的問題就是，宇宙可以重啟嗎？一個宇宙的終結難道不應該是一個新宇宙的開始嗎？

有人推測，也許有機會在熵消滅一切之前來個勝利大逃亡，逃離這個宇宙。然後，創造一個模擬中的宇宙，能量足夠的話，甚至可以創造一個和我們現在的宇宙一模一樣的。

關於宇宙歸宿的理論有很多，物理學家甚至越來越相信，在我們的宇宙之外應該還有多重宇宙，每個宇宙都恪守它們獨一無二的物理規律，或宜居、或坍縮、或撕裂，還有很多則遠超出我們的想像力。

人類對宇宙命運的認識也在不斷更新。新的觀點不斷湧現，但是如何接受觀測的檢驗有時會成為困擾。最新的一項研究認為，宇宙的最後一縷微光並非來自黑洞的蒸發，而是來自黑矮星超新星爆發。黑矮星會繼續演化，甚至會出現一種另類的超新星爆發。第一顆黑矮星超新星將會在101001年後爆發，而最後一顆黑矮星則要堅守到1032000年才會爆發，同時會發出整個宇宙的最後一縷微光。

時間是否真的有盡頭？宇宙真的能重啟嗎？這些都是關於宇宙命運的終極秘密。人類的認知還在路上，而且可能會永遠在路上……對於急於想知道宇宙終極命運的人，最好的回答就是阿西莫夫《最後的問題》中的那句經典「資料不足，無可奉告」（INSUFFICIENT DATA FOR MEANINGFUL ANSWER.）。

好了，別再為1032000年後的事糾結了。不管時間有沒有盡頭，「我在時間盡頭等你」都不失為2020年七夕最深情的告白。七夕快樂！