该杂志发表的新研究表明，经过近 138 亿年的不间断膨胀，宇宙可能很快就会陷入停滞，然后慢慢开始收缩美国国家科学院院刊建议。
在这篇新论文中，三位科学家试图模拟暗能量– 一种神秘的力量，似乎导致宇宙膨胀得更快 – 基于过去对宇宙膨胀的观察。
在团队的模型中，它不是一种恒定的自然力量，而是一种称为精髓的实体，它会随着时间的推移而衰减。
研究人员发现，尽管数十亿年来宇宙的膨胀一直在加速，但暗能量的排斥力可能正在减弱。
根据他们的模型，宇宙的加速可能会在未来 6500 万年内迅速结束，然后，在 1 亿年内，宇宙可能会完全停止膨胀，取而代之的是进入一个缓慢收缩的时代，从数十亿年后结束。现在随着时间和空间的死亡——或者也许是重生。
研究合著者、新泽西州普林斯顿大学理论科学中心主任保罗·斯坦哈特表示，这一切可能会“非常”迅速地发生。
“回到 6500 万年前，那时希克苏鲁伯小行星撞击地球并消灭了”斯坦哈特告诉《Live Science》。“从宇宙尺度来看，6500 万年是非常短的。”
与此无关理论未参与这项研究的不列颠哥伦比亚大学物理学和天文学教授加里·欣肖 (Gary Hinshaw) 告诉《生活科学》，这是有争议的或难以置信的。
然而，由于该模型仅取决于过去对膨胀的观察 - 并且因为宇宙中暗能量的当前性质是如此之谜 - 本文中的预测目前无法进行检验。目前，它们只能停留在理论阶段。
虚空能量
自 20 世纪 90 年代以来，科学家们了解到宇宙正在加速膨胀；星系之间的空间现在比数十亿年前扩大得更快。
科学家将这种加速的神秘来源命名为暗能量——一种看不见的实体，其工作原理似乎与重力，将宇宙中质量最大的物体推得更远，而不是将它们拉到一起。
尽管暗能量约占宇宙总质能的 70%，但它的性质仍然是个谜。
一个流行的理论，由阿尔伯特·爱因斯坦，暗能量是宇宙常数– 一种不变的能量形式，融入到织物中时空。如果是这样，并且暗能量施加的力永远不会改变，那么宇宙应该永远继续膨胀（并加速）。
然而，一种相互竞争的理论表明，暗能量不需要保持恒定才能符合对过去宇宙膨胀的观察。
相反，暗能量可能是一种所谓的精髓——一种随时间变化的动态场。 （斯坦哈特是 1998 年在该杂志上发表的一篇论文中介绍这一想法的三位科学家之一物理评论快报.)
与宇宙常数不同，精髓可以是排斥的，也可以是吸引的，这取决于它在给定时间的动能和势能的比率。在过去的一百四十亿年里，精髓是令人厌恶的。
然而，在那段时期的大部分时间里，与辐射和物质相比，它对宇宙膨胀的贡献微不足道。大约五十亿年前，情况发生了变化，当时精气成为主导成分，其引力排斥作用导致宇宙加速膨胀。
“我们在本文中提出的问题是，‘这种加速必须永远持续下去吗？’”斯坦哈特说。 “如果没有，有哪些替代方案？情况多久会发生变化？”
暗能量之死
在他们的研究中，斯坦哈特和他的同事纽约大学的安娜·伊贾斯（Anna Ijjas）和普林斯顿大学的科斯明·安德烈（Cosmin Andrei）预测了精髓的特性在未来数十亿年中会如何变化。
为此，该团队创建了一个精髓的物理模型，随着时间的推移展示其排斥力和吸引力，以符合过去对宇宙膨胀的观察。一旦该团队的模型能够可靠地再现宇宙的膨胀历史，他们就能将他们的预测扩展到未来。
“令他们惊讶的是，他们模型中的暗能量会随着时间而衰减，”辛肖说。 “它的强度会减弱。如果它以某种方式减弱，那么最终暗能量的反引力特性就会消失，并转变回更像普通物质的东西。”
根据该团队的模型，暗能量的排斥力可能正处于快速下降之中，这种下降可能始于数十亿年前。
在这种情况下，宇宙的加速膨胀今天已经放缓。很快，也许在大约 6500 万年内，这种加速可能会完全停止——然后，在从现在起的短短 1 亿年内，暗能量可能会变得有吸引力，导致整个宇宙开始收缩。
换句话说，经过近 140 亿年的增长，空间可能开始缩小。
“这将是一种非常特殊的收缩，我们称之为慢收缩，”斯坦哈特说。 “空间不是在膨胀，而是非常非常缓慢地收缩。”
最初，宇宙的收缩非常缓慢，以至于任何假设的人类仍然活着地球斯坦哈特说，甚至不会注意到任何变化。根据该团队的模型，宇宙需要数十亿年的缓慢收缩才能达到今天大小的一半左右。
宇宙的终结？
斯坦哈特说，从那时起，可能会发生两件事之一。要么宇宙收缩，直到它在一次大的“挤压”中自行塌陷，结束我们所知道的时空——要么，宇宙收缩到足以返回到与原始条件相似的状态，而另一个大爆炸– 或一次大的“反弹” – 发生，从旧宇宙的灰烬中创造出一个新宇宙。
在第二种情况下（Steinhardt 和另一位同事在该杂志 2019 年的一篇论文中描述了这一点）物理字母B），宇宙遵循膨胀和收缩、挤压和弹跳的循环模式，不断崩溃和重塑。
斯坦哈特说，如果这是真的，那么我们当前的宇宙可能不是第一个或唯一的宇宙，而只是在我们之前膨胀和收缩的无限系列宇宙中最新的一个。这一切都取决于暗能量的多变性质。
这一切的可信度如何？欣肖表示，新论文对本质的解释是“对暗能量的完全合理的假设”。
他补充说，由于我们对宇宙膨胀的所有观测都来自距地球数百万至数十亿光年的物体，因此当前的数据只能让科学家了解宇宙的过去，而不是它的现在或未来。
因此，宇宙很可能正快速走向紧缩，而直到收缩阶段开始很久之后我们才知道。
“我认为这实际上归结为你认为这个理论有多么令人信服，更重要的是，你认为它的可测试性如何？”欣肖补充道。
斯坦哈特承认，不幸的是，没有好的方法来测试精髓是否真实，或者宇宙膨胀是否已经开始放缓。目前，只需将理论与过去的观察结果相匹配即可——作者在他们的新论文中很好地做到了这一点。
无论我们的宇宙是无限增长的未来还是快速衰退的未来，只有时间会告诉。
