五十億年的孤寂:最終,我們都會迎來最後一次的哥白尼降級

五十億年的孤寂:最終,我們都會迎來最後一次的哥白尼降級
Photo Credit: ESA / Hubble & NASA, Josh Barrington, CC BY 2.0

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在可觀測宇宙邊際對超新星爆發的調查顯示,星系之間的空間不只擴張,其擴張本身還受到一種宇宙學家尚只能稱之為「暗能量」的神祕力量所推動,而持續加速。除非宇宙不知為何停止加速擴張,不然宇宙在遙遠的未來將會比現在更孤寂而空蕩。

太空時代對金星、火星和太陽系其他顯然無生命的行星所做的驚人揭露,還是給了地球一點點過去的柏拉圖式光彩。接著,系外行星熱潮來臨。對許多現代的行星獵人來說,尋找另一個太陽系的生物圈,變成一項在哥白尼「平庸原理」之上安放最後一塊頂石的任務,好讓「哥白尼革命」登峰造極。最終,我們的行星和其上所有生命都會面臨最後一次的降格——降格為宇宙中隨便哪裡都有的充滿生命的尋常世界。


不過,若不管令人煩惱的生命起源未解謎題和類地行星的未知數量,宇宙學的先驅者近期已在哥白尼原理的平庸性裡,發掘出新的困難。可觀測的宇宙絕大部分看來是一無所有的空間,這頂多提供了百萬分之一的機會,讓你隨機發現自己在一個星系中。有鑑於宇宙正逐漸擴張,這機率只會隨時間變得更低。神秘的銀暈(halo)、纖維狀結構(filament)和「暗物質」烏雲,似乎不受宇宙中所有力量的影響(除了重力以外),而讓眾星系與星團結合在一塊。

一個星系的內部通常是虛空的,平均來說,每立方公尺有一個質子。如果一個星系的眾恆星都跟沙粒一樣大,那麼兩恆星之間的平均距離會到好幾英哩。一個星系中只有最少部分的星際物質,會無時無刻凝聚成像氫原子那樣複雜而高等的東西。光是成為任何一種尋常物質——一個分子、一縷氣體、一塊石頭、一顆恆星、一顆行星,或者一個人——的一部分,就已經是一件可觀且機率奇低的成就。

物質在如此龐大虛空中的明顯獨特位置,因為宇宙的持續演變而更為孤立,其未來似乎是朝著更荒涼的軌跡演進。在可觀測宇宙邊際對超新星爆發的調查顯示,星系之間的空間不只擴張,其擴張本身還受到一種宇宙學家尚只能稱之為「暗能量」的神祕力量所推動,而持續加速。除非宇宙不知為何停止加速擴張,不然宇宙在遙遠的未來將會比現在更孤寂而空蕩:除了稱為「本星系群」(Local Group)的少許星系與銀河彼此之間會因重力而互動,其他所有目前能在空中看到的星系,日後都將被掃出我們可見宇宙的地平線外。本星系群的星系,最終也會因為裡頭的恆星一顆接一顆燃燒殆盡,而在幾百億年後變暗。

接下來,好幾十溝(decillion,十的三十三次方,真的是非常長的時間)年之後,質子——原子結構的基石——也會徹底衰退為輻射而消散。隨著這過程發生,最後殘存的熄滅恆星和結凍行星都會化為烏有。宇宙將變得不可理解的黑暗、離散、寒冷,而我們本星系群過去存在的這一小塊區域,僅存的宏觀結構會是幾個超級質量的黑洞,且會慢慢因量子力學效應而蒸發。終於連最後一個黑洞縮小並消失於陣陣量子泡沫中,那時剩下來的就只有一股股微弱的質子、電子和微中子,無止盡地流經無限擴張的空虛。

或許,在這種淒涼慘淡的未來中看不出生命的希望,就只是缺乏想像而已。又或者,我們預測的宇宙演化是反哥白尼平庸性的預兆;這預兆顯示,這個星系豐富、恆星明亮、行星充滿生機的光明時代,從萬物初始後開始算起(以宇宙尺度來說)其實沒過幾分鐘的時間,其實還蠻特別的。

當宇宙的未來挑戰著哥白尼原則的預期之同時,宇宙的過去也形成挑戰。大霹靂背後的基本想法,也就是關於宇宙過往的頂尖科學解釋,指出宇宙的起源是單一一個密度未必很高的點,不知為何在一百三十八億年前爆發性地擴張。這可不太「哥白尼」。更有問題的是,大霹靂本身也被宇宙結構所挑戰。在原子、行星、恆星、星系和星團的粒子特質之外,在天文學家可測量的最大尺度上,宇宙似乎異常地平整。

這個大規模的平整符合哥白尼的預測,但又令人惱火,因為就算是早期宇宙個別區域之間最微小的擴張差異,都應該導致當前結構的大幅偏差——例如說,出現缺塊、皺摺之類的結構。但目前在可觀測宇宙中最遠的兩頭區域,在結構上似乎是一模一樣的,儘管因為彼此太遙遠而無法有所連結,但其結構幾乎毫無瑕疵地平整。連光線都沒能在兩者之間經過,更不用想這相隔兩地的宇宙區塊,能傳遞什麼讓彼此達到平衡的資訊、能源或熱量。

針對這難題,最先進的宇宙學解釋是大霹靂理論的附加論點「暴脹」(inflation)。假定在宇宙誕生後的一瞬間,當一切都擠在一個極高溫、極高密度但大小可能只有一個質子的範圍內,一個激烈、神秘的反斥重力爆發,突然把空間「膨脹」到可能一個葡萄柚那麼大。這聽起來挺小的,但這代表的是體積將近十兆兆倍的飆升。任何較大的不均衡都可能被這加速擴張給抹消了,就像氣球橡皮表面上的皺褶因膨脹而消失一樣。根據暴脹模型,還留下來的較小型不完美,來自於大幅放大的量子波動,並在早期宇宙中形成了小型的高密度區塊,而星系和星團就是在那裡凝聚的。

暴脹的問題在於,一旦開始了就沒辦法簡單停下來。有些研究者甚至推測,暗能量可能是初始暴脹的一種古怪回音或陰影,藉著某種方式在幾十億年的休止後回來了。儘管初始暴脹可能會快速衰退,並在空間的某個局部地帶(例如我們整個可觀測宇宙)靜止,但因為它讓擴張的速度提得太高,它應該會在我們可見宇宙的地平線外,拉出極大數量的泡狀空間。確實,一個擴張遠遠超出我們可觀測宇宙地平線的宇宙,是初始暴脹的標準結果。在那個以指數方式擴大、甚至可能無限的容量中,更多的暴脹大霹靂就算極不可能發生,還是可以一而再再而三地出現。


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