在進入永恆的黑暗之前，宇宙將會經歷最後一次絢爛？

宇宙的終極命運究竟是什麼？

長久以來，這個最為基本的大問題一直縈繞在無數天文學家和物理學家的腦海之中。根據已知的物理定律，從現在起大約10¹⁰⁰年之後，恆星將停止誕生，星系將變得黑暗，連黑洞也會通過霍金輻射的過程而蒸發殆盡，從此宇宙中只剩下簡單的亞原子粒子和能量，而空間的膨脹會使能量冷卻到接近絕對零度的溫度，標誌著宇宙達到熱寂。

基於宇宙的最終命運是熱寂，最近伊利諾斯州立大學的理論物理學家Matt Caplan在《皇家天文學會月刊》發表了一項新的研究，表明在難以想像的遙遠未來，被稱為黑矮星的冷恆星殘骸將開始爆炸，成為宇宙生命史上最閃耀、最壯觀的一場最後的「煙火秀」。這項新的研究假設，宇宙在進入永恆的黑暗之前，將會經歷最後一次絢爛。

在今年年初，Caplan在教授一節天體物理學課時突然意識到，在遙遠未來的某刻，宇宙中將會充斥著稀疏的簡併殘骸，其中大部分是白矮星，而這些白矮星的最終命運卻是一個懸而未決的問題。

像太陽這類小質量恆星在脫離外層時會先變成紅巨星，接著轉變成由碳和氧構成的白矮星。它們不會爆炸成超新星，而是會慢慢地蛻去外層，留下地球大小的炙熱內核，成為白矮星。在白矮星中，由於缺乏能量來源，白矮星無法靠由物質發生聚變產生的熱量來對抗引力坍縮，而只能靠一種被稱為電子簡併壓的力來支撐，讓電子被擠壓在一起，使得它極其緻密。

那麼黑矮星又是什麼呢？

實際上，黑矮星是一種假想的恆星殘骸，隨著白矮星在未來數萬億年間的冷卻，它們最終會冷卻到不再能輻射出任何可被探測到的光或熱，因而成為一顆黑矮星。黑矮星主要由碳和氧等輕元素組成，大小和地球相近，但質量卻和太陽差不多，是非常緻密的天體。但形成黑矮星所需的時長遠遠大於目前宇宙的年齡，因此在宇宙中，我們尚不可能發現黑矮星的存在。

黑矮星同樣缺乏能驅動核反應的能量，但這並不意味著黑矮星內部的核反應就全面停止。核聚變的發生需要帶電的原子核克服強大的靜電斥力而合併。然而在經過一段很長很長的時間後，粒子在量子隧穿效應下仍能穿越高能屏障，此時聚變仍然可以發生，只是速率極低，需要極長的時間。

在新的研究中，Clapan計算了矽和鎳等原子通過核反應產生鐵需要多長時間，他解釋說這些原子在核反應中會產生正電子，然後這些正電子會以極慢的速度摧毀黑矮星中心的一些電子，削弱其簡併壓。對於質量在太陽質量的1.2到1.4倍的恆星（約佔宇宙中所有的恆星的1%），這種削弱最終將導致災難性的引力坍縮，從而引發一種類似於超新星爆發的巨大爆炸。

最終，他計算出這場劇烈的爆炸將在大約10¹¹⁰⁰年後開始，持續到10³²⁰⁰⁰年以後。到那時，可觀測宇宙的半徑將增長到約e¹⁰^¹¹⁰⁰，驅動宇宙加速膨脹的暗能量將會把宇宙中的一切分開，使得每一顆黑矮星都被巨大的黑暗包圍。這或許是有史以來天文學中存在過的有意義的最大數字，龐大到人類大腦幾乎無法理解。

目前來看，雖然這項研究所給出的時間尺度大到令人咂舌，但它是個有趣的思想實驗，它能啟發科學家開始思考在當前宇宙中還沒有足夠時間展開的那些物理過程。但有必要認識到的一點是，對於這些發生在極其遙遠未來的過程，科學家能做的仍只是基於現有理論進行推測，我們對未來的看法都是基於已有的理解而展開的，這些看法也必定會隨著時間的推移而改變。

也有人認為，Caplan的假設或許並不正確。比如試圖統一自然界中三種基本力（電磁力、弱力和強力）的大統一理論就認為質子最終會衰變，在這種情況下，Caplan的黑矮星在爆炸之前就會被溶解掉。再比如，一些宇宙學模型預測出宇宙的終極命運可能是在大收縮中坍縮，認為宇宙在某個時刻會突然停止膨脹，然後收縮回剛誕生時的狀態，如果是這樣，那麼最後的那場「燈光秀」也將不可能存在。

對於宇宙的終極命運問題，或許我們永遠無法給出一個確切的答案。但這些想要理解這些基本大問題的科學家，總在不斷地給我們帶來更多的靈感，在理解宇宙的本質一事上不斷前進。

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