在宇宙死灭的时间和方式问题上,各种宗教分歧很大。有的宗教警告人们说,宇宙的灭亡就在眼前,到时将有启示录上所讲的大毁灭,罪人将受到严厉的审判。其他的宗教则教导人们,天国即将来临,我们现在所看到的恶劣而无常的世界将被取代。有些东方宗教则倾向于认为,世界处于轮回之中,这个世界的终结便是预示着另一个世界的再生。
现代科学对宇宙的终结有何看法呢?
在第二章里,我们曾说过,热力学第二定律在无情地削弱宇宙的组织,使宇宙进入混沌。我们在宇宙的每一个角落都能看到,熵在不可逆转地增大,庞大的宇宙秩序在慢慢地然而也是确实地被消耗。宇宙似乎注定要继续衰败下去,走向一种热力学平衡状态,即达到最大的无序状态,然后就再也不会发生什么令人感兴趣的事了。物理学家们把这种令人沮丧的前景称作“热死”。100多年来,人们一直在谈论热死。
热力学第二定律对整个物理学来说是基本的定律,因而没有多少物理学家对其有效性提出怀疑。我们在第九章里看到,第二定律使世界带上了时间不对称性,使得过去和将来有了分别。违反热力学第二定律就等于将时间倒转。
然而,第二定律并没有讲述那些把宇宙驱向最大的无序的终结状态的灾难具有什么性质。在过去的30年里,随着现代天文学的飞速发展,已有可能从一些细节上详细说明那些最终将要毁灭宇宙的复杂组织的事件了。而且,我们也有可能详细说明我们周围的世界的活动了。
就我们所处的宇宙区域而言,地球的命运是与太阳的命运紧密相联的。地球上的生命以阳光为生,对太阳现状的任何大的破坏都会造成灾难。太阳很可能有什么变故,一有变故,地球就住不了人了。对太阳恒定的热输出的任何改变都能打破地球脆弱的气候平衡,使我们进入灾难性的冰期。与太阳风(即来自太阳表面的稳定的粒子流)相关的太阳系磁场的变化也可能带来同样的灾难性后果。我们地球附近若有哪个恒星发生了爆炸,便可能使我们陷入致命的辐射之中,某个黑洞穿过太阳系也可能使众行星的运行轨道发生变化。
但是,假如地球能逃脱所有这一切令人不快的可能性,它显然也不能永远维持现状,“永世长存”。太阳所辐射出来的大量的能量,得要用核燃料来补充,而太阳的燃料储备最终会用光的。天体物理学家估计,太阳耗尽燃料还得要40~50亿年。宇宙现在的年龄是180亿年,而太阳的年龄已在45亿年,正处在鼎盛的中年。
随着燃料的减少,太阳会膨大起来,变成天文学家所说的一种红巨星。太阳的内核在艰难地维持能量生产的同时,会收缩又收缩,直至发生了量子效应才使它稳定下来。在这个阶段,太阳可能膨胀得很大,以致太阳附近的行星会被它吞没,地球的大气也被剥离,岩石熔化,甚至汽化。以后,太阳会开始进入一个飘忽不定的生涯,现在十分充沛的氢燃料的核反应到时将会为效率不那么高的氦燃料核反应所取代,氦燃料烧完之后,将会有更重的、再更重的元素燃烧。这些我们已在第十三章里说过。
当最后所有的燃料耗尽时,太阳就是由铁一类的较重的元素构成的了。那时,核聚变不会再释放能量。铁是原子核的最稳定的形态。根据热力学第二定律,一切系统都寻求达到其最稳定的状态。在这一阶段,太阳的中心温度会稳步上升到接近10亿度。燃料耗尽之后,太阳内部外向的压力将减弱下去,引力将占据支配地位。一蹶不振的太阳将开始在自己的重压下收缩,使其内部的物质受到剧烈的挤压,其物质的密度将高达每立方厘米 100万克。燃尽后收缩的太阳将会变得跟地球一样的大小,然后在多少亿年里半死不活地慢慢暗淡下去,最后冷却成为一个黑矮星。
在我们的星系以及所有其他的星系之中,到处都会有这同一套模式的重复:恒星先是不稳定,然后是燃料枯竭、恒星崩塌。所有的恒星会一个接一个地烧完自己的核燃料,最后再也支撑不住自身的重量,终于让无情的引力摧垮。
有些恒星(如超新星)死得颇为壮观。超新星内核先发生惊心动魄的塌缩,将超新星自身炸成碎片,释放出巨大的能量。这些突如其来的超新星爆炸之后,其中较轻的将变成一些弥漫的碎片,环绕在一块高度压缩的物质周围。在这高度压缩的物质之中,质量相当于太阳的物质能被压成一个直径只有几英里的圆球。这样的物质重量巨大无比,一调羹这样的物质就比地球上所有大陆的重量加在一起还重。如此巨大的重力连原子也承受不了。于是,原子被迫向里崩溃,变成了一些纯粹的中子。天文学家们熟悉中子星,因为他们在过去的超新星的爆炸碎片中时常发现中子星。
较重的死星在面对引力巨大无比的力量的情况下,甚至不能够以变成中子星的方式来稳定自身。它们会加速收缩,最后变成黑洞。
宇宙学家爱德华·哈里森描述了宇宙缓慢衰亡的过程,他的语言很是形象生动:
所有的恒星将会开始象即将燃尽的蜡烛一样暗淡下去,然后一个一个地熄灭。在空间的深处,那些宏伟的天体城邦,那些星系,将满载着多少时代的历史记录缓缓地死去。在成百亿年的岁月里,宇宙会越来越黑暗。偶尔会有几点光亮划破宇宙的夜幕,阵阵短促的天体活动使注定要变为星系坟场的宇宙得以苟延残喘①。
物理系统在寻求最高熵状态的过程中探索了一些古怪的途径。随着我们所在的星系当中的恒星无情地燃尽,我们星系的组织也会开始瓦解。太阳之类的恒星若要燃尽,得需要几十亿年的时间,而在这段时间里,新的恒星将会不断地从星际气体中产生出来。较小的恒星走向死亡所花的时间,可能要几千倍于太阳死亡所花的时间,然而,锁闭在恒星之中的有序的能量最终还是以辐射的形式杂乱无章地散布到宇宙中去,我们所在的星系将会暗淡、冷却下去。其他的星系也会遭到类似的命运。
那些业已死亡的恒星仍会有大量的活动,但其活动的时间尺度大大增加了。恒星燃尽之后剩余的残骸在星系中漂游,时时会有碰撞发生。黑洞会吞没任何恒星以及它所遇到的其他物质。而且,假如象某些天文学家所认为的那样,我们的星系的中心有一个大黑洞,那么,这个黑洞将会越变越大。黑洞放射出来的引力辐射会使恒星的轨道慢慢地颓坏,因为引力辐射是空间的波纹,这些波纹会使一切大质量物体的轨道能量衰竭下去。在极长的时间里,恒星残骸会越来越靠近星系中心,最后被那永不知饱的黑洞吞没。有些死星却能逃离这一厄运,这是因为它们幸运地撞上了其他的恒星,这些恒星将它们撞出星系,成为星系之间茫茫无涯的空间中的孤独的漫游者。
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