《三體-死神永生》裡,程心將5公斤的生態球留在了小宇宙中,其他的物質歸還給了大宇宙。因為大宇宙總質量已經接近臨界點。「宇宙回歸運動」號召在小宇宙中的各個文明向大宇宙歸還借來的物質。低於這個臨界點,宇宙將走向無限的膨脹,走向死寂。
程心在小宇宙中留下的五公斤生態球,真的會讓大宇宙走向死寂嗎?
自打人類知道宇宙的存在後,人類就開始關心宇宙的命運。因為宇宙的命運也關係著人類的命運。但好像不管宇宙走向如何,對於人類都不是什麼好消息。
死神之一:熱寂就要降臨
根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。
熱寂理論最早由威廉·湯姆森(William Thomson)於1850年根據自然界中機械能損失的熱力學原理推導出的。「熱寂」指的是熱力差的消亡。一旦宇宙抵達熱寂狀態,宇宙中任何區域,一切事物都將是同一個溫度。這就意味著宇宙中任何「有趣」的事物都將不復存在。因為一切的運動與生命都依賴於溫差。
在19世紀物理學家發展出熱力學理論時,人們認為「熱寂」就是我們的宇宙確定的宿命。但100年前愛因斯坦提出的廣義相對論卻指出,宇宙將面臨遠比這更加狂暴的命運。
死神之二:「大凍結」還是「大塌縮」?
相對論指出物質和能量會彎曲時空。根據愛因斯坦的想法,宇宙中的物質將決定宇宙本身的最終命運。在1929年,美國天文學家埃德溫·哈勃發現了宇宙正在膨脹。
那麼如果宇宙的確正處於膨脹之中,那麼在此之前宇宙一定要比現在更小。這一想法催生了宇宙大爆炸學說的出現。該理論認為宇宙最初是從某種極端微小的開端肇始的,隨後發生了難以置信的快速膨脹。甚至在今天我們仍然能夠在微波波段的背景輻射中目睹宇宙大爆炸留下的「餘暉」,這是一種均勻的電磁波信號,分布在宇宙 的所有方向上。
於是,我們所在宇宙的命運完全取決於一個非常簡單的問題的答案:宇宙將會繼續膨脹嗎?對於一個包含大量「充填物」的宇宙,如物質和光,那麼這個問題的答案就取決於這些「充填物」的量有多少。更多的「充填物」就意味著更加強大的引力,而這會將一切「往回拉」,從而導致宇宙的膨脹減速,甚至塌縮。
只要這些「充填物」的量沒有多到超過某個臨界點,那麼我們宇宙將會繼續膨脹,在「大凍結」(Big Freeze)中迎來死亡。
所有的恆星都將死亡,幾乎所有的物質都已經衰變分解,最終整個宇宙中將只剩下稀疏分布的均勻的粒子與輻射「湯」。甚至連這「宇宙湯」中的能量也將最終隨著宇宙的膨脹而被徹底稀釋掉,使其溫度降到只比絕對零度超出一點點的水平上,就在這「大凍結」中,整個宇宙陷入一片死寂:均勻而徹底的寒冷,死寂,空曠。整個宇宙就是一座墳墓!
但如果宇宙中「充填物」的數量超過了臨界值水平,那麼宇宙的膨脹就將不斷減速並最後停滯。隨後,宇宙開始出現收縮,變得越來越小,溫度不斷上升,密度不斷加大。最終,宇宙迎來終極壓縮的命運,這種情況被人們稱作「大塌縮」。內部引力進一步增大,最後形成奇點,宇宙大爆炸,重新開始!我們究竟將迎來何種終極命運?「大凍結」還是「大塌縮」?冰還是火?
在《死神永生》裡關一帆與程心之間有這樣的一段對話:
你是說宇宙的終結嗎-程心問
是。
可據我知道的,宇宙將永遠膨脹下去,越來越稀疏寒冷。
那是你們的宇宙學,但我們推翻了這個結論。暗物質的量被低估了,宇宙將停止膨脹,然後在自身的引力下坍縮,最後成為一個奇點並再次大爆炸,把一切歸零。所以你看,最終的勝利者還是大自然。-關一帆
據說我國的物質探測衛星「悟空」發現了暗物質。也許正如關一帆所說,暗物質的總量被低估了。決定宇宙走向的,很大程度上取決於這些暗物質。不過不管將來是冰還是火,還是沒有熱差,對於人類與生命來說,的確是「死神永生」!