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- 笔墨版 -还记得发现暗能量正在削弱那事么？暗能量变弱意味着宇宙加速膨胀的趋势正在减缓。那这样的话，会不会有一天我们的宇宙会停止膨胀，进而转向收缩，最终迎来“大坍缩”呢？
前不久，预印本网站arXiv上的一篇文章中，研究人员不仅针对该问题给出了肯定的回答，他们甚至还算出了具体的坍缩时间：宇宙可能还能再撑不到200亿年！
其实“大坍缩”的观点由来已久。早在爱因斯坦的年代，“宇宙在膨胀”就已经不是什么新鲜事了。因为埃德温·哈勃通过观测发现，似乎所有迢遥的星系都在远离我们，宇宙应该在膨胀。
不过其时人们认为，随着时间的流逝，这股膨胀势头在宇宙万物的引力作用下应该会逐渐减慢，最终所有天体和物质都将重新聚集在一起，到那个时候宇宙将迎来最终的结局——大坍缩（Big Crunch）。
大坍缩也叫“大挤压”，当它发生时宇宙尺度因子归零，宇宙中的所有东西相互之间不再有间隔。宇宙就像黑洞奇点一样，所有物质都挤压到了一个点上。之后，宇宙大概将开始新一轮的大爆炸。这种观点一直盛行到上世纪末，直到暗能量被提出。
1998年，两个独立的研究团队通过观测超新星发现，宇宙的膨胀不仅没有减慢，似乎还有不断加速的趋势。该发现不仅获得了2011年的诺贝尔物理学奖，同时也让“暗能量”成为了教科书里的常客。
在暗能量被提出的20多年里，科学家一直认为它的强度应该是恒定的，有多少空间就有多少暗能量。随着新空间的不断产生，暗能量也在不断增长，正常情况下它会让宇宙永远加速膨胀下去。这样一来，宇宙的命运可能要从“大坍缩”变成“大冻结（Big Freeze）”或者是“热寂（Heat Death）”。
大冻结和热寂其实类似，前者是从天体和温度角度来说的，所有天体渐渐冷却，整个宇宙逐渐接近绝对零度；后者是从热力学和能量角度来说的，是一种熵最大、所有能量无法做功的终极状态。这两种说法一个侧重于过程、一个侧重于效果，但它们最终描述的宇宙图景都差不多，都是一条不归路。
然而就在本年年初，两个大型天文项目——暗能量巡天（DES）和暗能量光谱仪（DESI）都给出了让人意外的效果。它们发现暗能量的强度可能并不恒定，而是在缓慢降落，该效果的统计置信度达到了4.2σ，虽然仍没有达到5σ的黄金标准，但这在天文学上已经足以让人重视。
如果暗能量真的在削弱，那宇宙的命运可能又要回到“大坍缩”，而且距离坍缩发生可能只有不到200亿年。
这个“倒计时”是怎么算出来的呢？
在这篇文章中，研究人员提出了一个“轴子暗能量模型（axion Dark Energy model, aDE）”。传统暗能量模型中暗能量是恒定的（w=-1），但是最新的观测效果表明暗能量正在变弱，也就是它并不恒定，是动态的。所以研究人员在这之上添加一些动态的东西，比如说轴子（axion）。
轴子是当年为了解决CP守恒问题而提出的一种假想粒子，质量极小，大约是电子的五千万分之一到五千亿分之一。同时，它的电荷和自旋都为零，因此它也曾被作为暗物质的候选粒子。
这种超轻轴子属于一种动态场，当它的质量远小于描述宇宙膨胀的哈勃参数时（天然单位制），轴子就处于类似“冬眠”的状态。此时它的能量稳定，对暗能量的影响是固定的。随着宇宙的膨胀，物质和能量渐渐被稀释，哈勃参数逐渐变小，当它小到和轴子质量差不多时，轴子便会开始“苏醒”。此时它的能量密度会转化成物质密度，并随着宇宙尺度的变化而衰减，这时候它对暗能量的影响就不再是固定的了。
有点晕？其实简单说就是，他们把暗能量拆成了两部分：一部分是传统认知的宇宙常数（Λ），你可以理解成空间自带的膨胀属性；另一部分是轴子产生的能量。轴子它就像个弹簧，早期被“冻住”的时候表现得像传统的暗能量，宇宙学常数为正；但随着宇宙膨胀，“解冻”后的轴子通过慢慢释放能量，让宇宙学常数逐渐变成了负数（Λ<0）。
有意思的是，弦论也认为，天然界确实更“喜欢”负的宇宙学常数。目前宇宙学常数为正，只是我们恰好活在了一个暂时偏离平衡的状态，最终宇宙还是会回到负宇宙学常数的状态。
负的宇宙学常数意味着宇宙的寿命是有限的，而利用该模型参数的最佳拟合，研究人员盘算出，我们宇宙的总寿命大约是333亿年，减去目前宇宙的年龄（138亿岁），未来宇宙只剩下了195亿年的寿命。也就是说，如今的宇宙大概已经到了不惑之年。
当宇宙逐渐年老，进入收缩阶段后，宇宙尺度因子（a）开始慢慢变小，并逐渐趋近于0。此时，所有星系将从相互远离慢慢变为相互聚集，最终相互碰撞并挤压在一起。这么多质量聚集在一起，显然会催生出一个超级巨大的黑洞，该黑洞会不断吞噬靠近它的物质，直到吞掉整个宇宙。
然后呢？宇宙重新大爆炸吗？那下一个宇宙中是否也会经历当前这一时刻，也会有屏幕前的你在看我的这期视频？类似庞加莱回归？
按理说尺度因子（a）确实具有周期性，但是这个周期性也只是针对尺度因子（也就是宇宙膨胀）本身来说的，它并非整个宇宙的周期。当我们这个周期结束后，宇宙中的物质结构已被彻底摧毁，下一个周期的物质构成可能与当前宇宙完全不同，“下一个宇宙”也将会是一个与我们当前宇宙截然不同的新宇宙。
固然，目前这些还都只能算是猜想，毕竟，轴子这东西迄今为止我们也没见过。研究人员最后也强调，这些结论是否成立，取决于最近那一系列观测效果的正确性以及轴子暗能量模型的有效性。对于前者，暗能量巡天（DES）和暗能量光谱仪（DESI）的观测效果目前虽然已经是最精确的效果，但是仍然需要进一步证明；而新提出的这个轴子暗能量模型，目前也只是针对暗能量削弱这事专门微调的，它是否能兼容当前宇宙的膨胀汗青，这些都还有待更严格的检验。
好消息是，接下来将有包括欧几里德在内的多项针对暗能量的项目展开。如果后续观测效果支持这一发现，那人类对宇宙命运的认知将被再次刷新。
[1] Hoang Nhan Luu, Yu-Cheng Qiu, S. -H. Henry Tye. The Lifespan of our Universe. arXiv preprint arXiv:2506.24011. (2025)
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来源：https://view.inews.qq.com/k/20250805A09F4700
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