《三体》获得“雨果奖 解析其中的物理学

宇宙之死

在永远的膨胀中，所有的星系将相互远离……恒星将相继熄灭……宇宙将变成一座空旷的坟墓，所有的文明和所有的记忆都将被永远埋葬在这座无边无际的坟墓中，一切都永远死去。——《三体》

在谈到宇宙的未来之前，我们首先应了解宇宙现在的状态。其实，我们不需要知道太多，只需要弄清楚两个重要的问题：

第一个问题：宇宙的膨胀程度如何？是加速还是在减速？

第二个问题：宇宙中的能量组分都有什么？

在1998年以前，几乎所有人都相信宇宙虽然在膨胀，但膨胀在减速，将来的很多很多年之后，膨胀的速度可能无限趋近于零，也可能会降低到零，然后宇宙开始收缩变小。这是一个自然的想法，自从大约150亿年前发生的大爆炸以来宇宙一直在膨胀，但目前的膨胀速度已经比宇宙早期变小了很多，许多人认为宇宙的膨胀一直在减速，观测也似乎支持这个自然而然的想法。有趣的是，几乎没有人质疑过观测数据，尽管现在回头看以前的观测数据，并没有在严格的意义上告诉我们宇宙的膨胀在减速。

为什么物理学家特别相信宇宙膨胀的速度在减小呢？这是因为主导宇宙的力是万有引力，即使是爱因斯坦的理论也不能改变这个事实。在万有引力的主导下，宇宙中所有天体之间的相对速度都会变小。

爱因斯坦为了获得一个静止的宇宙引入了一个万有斥力。万有斥力只是宇宙加速膨胀的解释之一。从现代物理学的观点来看，他的理论相当于认为真空中存在某种永远不会因为宇宙膨胀而稀释的能量，这个能量的密度保持恒定。这种能量叫暗能量。

暗能量的性质决定了我们宇宙的命运。这是因为，暗能量现在是主导宇宙的能量，它占宇宙中所有能量的60%以上，而我们肉眼能够看到的物质以及肉眼看不到的暗物质只有不到40%。

我们稍微谈一下暗物质，它是暗能量之外占宇宙能量组分最大的。这种物质看不见摸不着，但天文学家在20世纪60年代，就发现它的存在了。它的存在导致星系和星系团的万有引力比可见物质引起的万有引力大得多，天文学家通过观测恒星围绕星系中心的运动速度，可以推断出暗物质要比普通物质多了5至6倍。

不论是普通物质、暗物质，还是辐射，这些能量密度在宇宙空间膨胀下被稀释，而暗能量呢，在数十亿年之内没有明显的变化。也就是说，数十亿年到上百亿年之后，暗能量不仅主导宇宙，还远远高于其他能量份额。

还有一种可能，暗能量密度其实在慢慢变大。如果是这样，暗能量密度会在有限时间内变成无限大，也就是说，万有斥力变成无限大。不需要专家我们都能推测将会发生什么，宇宙中所有空间和物质都会被撕裂——首先是银河系被撕裂，然后是地球被甩出太阳系，接着是月球被甩出地球的引力范围，然后地球本身被撕裂……直到每个原子，每个原子核，每个质子和中子都被撕裂。

我们也许永远无法弄清宇宙在发生暴涨前的状态，但我们应该会知道宇宙的宿命，到底是一直膨胀下去，还是有一天会减速刹车，或者……发生大撕裂。

宇宙死去之后及之外

为了避免这个未来，只有把不同文明制造的大量小宇宙中的物质归还给大宇宙，但如果这样做，小宇宙中将无法生存，小宇宙中的人也只能回归大宇宙，这就是回归运动。——《三体》

暴涨宇宙论的主要预言，已经被近20年的宇宙学观测——特别是微波背景辐射的观测所证实，也许在不久的将来就会被毫无异议地证实，例如这个理论所预言的宇宙最初一刻发出的引力波被观测到（2014年3月一个美国观测小组声称观测到了），提出这个理论的古斯的成就也许将被诺贝尔物理学奖所肯定。

然而，宇宙学的终极问题之一是，宇宙暴涨的起源是什么？宇宙是唯一的吗？下面，我们从众多理论中挑选出两个介绍给大家：

轮回说

首先，我们要提到与佛教轮回相似的循环理论。佛教中的轮回说，不同的人有不同的理解，哪怕是学佛的人，解释也很不相同。佛家也有天地成败的“劫”，一劫到底有多长？有一种说法，一劫大约是四十三亿二千万年，虽然比现在的宇宙年龄短，却是一个量级的。

宇宙学家早就提出过类似佛教轮回学说的宇宙膨胀-收缩-反弹再膨胀-再收缩……的说法，这种说法给宇宙起源提供了一个理由：宇宙在大爆炸之前是另一个宇宙，在另一个宇宙之前还有一个宇宙，等等，如此前溯无穷无尽。

永恒暴涨论与多元宇宙

这是一个在过去十几年中非常流行的理论。

1983年，林德提出了一个令人非常吃惊的想法，他认为暴涨的起源几乎无所不在。他将这个模型命名为混沌暴涨论。在这个模型中，驱动暴涨是一个永远在做量子涨落的场。当这个场涨落到一些地方使得场所含的能量足够大时，暴涨就发生了。例如，即使在我们现在这个足够安静的宇宙中，这个场也无时无处不在涨落，万一它涨落出一个足够大的能量密度，那个区域就会发生暴涨，从我们这个母宇宙中产生出一个小宇宙，那个小宇宙剧烈地膨胀，很快，一个崭新的大宇宙就从我们这个母宇宙中产生了。

如果世界真是这样的，那么，在我们这个宇宙之外，应该还存在很多很多大大小小环境完全不同的宇宙，甚至连物理规律也可以不同。这样的宇宙图景，叫多元宇宙。　　卞 辑