Astronomy 版 (精华区)

　　上古时代，人们以为地球是宇宙的中心。在任何方向上背景都一样的事实，对
于他们而言毫不足怪。然而，从哥白尼时代开始，我们就被降级为绕着一颗非常平
凡的恒星公转的一颗行星，而该恒星又是绕着我们看得见的不过是一千亿个星系中
的一个典型星系的外边缘公转。我们现在是如此之谦和，我们不能声称任何在宇宙
中的特殊发位。所以我们必须假定，在围绕任何其他星系的任何方向的背景也是相
同的。这只有在如果宇宙的平均密度以及膨胀率处处相同时才有可能。平均密度或
膨胀率的大区域的任何变化都会使微波背景在不同方向上不同。这表明，宇宙的行
为在非常大尺度下是简单的，而不是混沌的。因此我们可以预言宇宙遥远的未来。


　　因为宇宙的膨胀是如此之均匀，所以人们可按照一个单独的数，即两个星系间
的距离来描述它。现在这个距离在增大，但是人们预料不同星系之间的引力吸引正
在降低这个膨胀停止并使宇宙的密度大于某个临界值，引力吸引将最终使膨胀停止
并使宇宙开始重新收缩。宇宙就会坍缩到一个大挤压。这和启始宇宙的大爆炸相当
相似。大挤压是被称作奇性的一个东西，是个有无限密度的状态，物理定律在这种
状态下失效。这就表明即便在大挤压之后存在事件，它们要发生什么也是不能预言
的。但是若在事件之间不存在因果的连接，就没有合理的方法说一个事件发生于另
一个事件之后。也许人们可以说，我们宇宙在大挤压处终结，而任何发生在“之后
”的事件都是另一个相分离的宇宙的部分。这有一点像是再投胎。如果有人声称一
个新生的婴儿是和某一死者等同，如果婴儿没从他的以前的生命遗传到任何特征或
记忆，这种声称有什么意义呢？人们可以同样发讲，它是完全不同的个体。

　　如果宇宙的密度小于该临界值，它将不会坍缩，而会继续永远膨胀下去。其密
度在一段时间后会变得如此之低，引力吸引结于减缓膨胀没有任何显著的效应。星
系们会继续以恒常速度相互离开。

　　这样，对于宇宙的未来其关键问题在于：平均密度是多少？如果它比临界值小
，宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大，宇宙就会坍缩，而时间本身就会在
大挤压处终结。然而，我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩，我可
以满怀信心发预言，它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时自己不会留在
世上被证明是错的。

　　我们可以从观测来估计宇宙的平均密度。如果我们计算能看得见的恒星并把它
们的质量相加，我们得到的，不到临界值的百分之一左右。即使我们加上在宇宙中
观测到的气体云的质量，它仍然只把总数加到临界值的百分之一。然而，我们知道
，宇宙还应该包含所谓的物质，即是我们不能直接观测到的东西。暗物质的一个证
据来自于螺旋星系。存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体。我们观测到它们围绕着
自己的中心旋转。但是如果它们只包含我们观测到的怛星和气体，则旋转速率就高
到足以把它们甩开。必须存在某种看不见的物质形式，其引力足以把这些旋转气体
星系牢牢抓住。

　　暗物质的另一个证据来自于星系团。我们观测到星系整个空间中分布得不均匀
，它们成团发集中在一起，其范围从几个星系直至向百个星系。假定这些星系互相
吸引成一组从而形成这些星系团。然而，我们可以测量这些星系团中的个别星系的
运动速度。我们发现其速度是如此之高，要不是引力吸引把星体系抓到一起，这些
星系团就会飞散开去。所需要的质量比所有星系总质量都要大很多。这是在这种情
形下估算的，即我们认为星系已具有在它们旋转时把自己抓在一起的所需的质量。
所以，在星系团中我们观测到的星系以外必须存在额外的暗物质。

　　人们可以对我们具有确定证据的那些星系和星系团中的暗物质的量作一个相当
可靠的估算。但是这个估算值仍然只达到要使宇宙重新坍缩的临界质量的百分之十
左右。这样，如果我们仅仅依据观测证据，则可预言宇宙会继续无限发膨胀下去。
再过五十亿年左右，太阳将耗尽它的核燃料。它会肿胀成一颗所谓的红巨星，直到
它把地球和其他更邻近的行星都吞没。它最后会稳定成一颗只有几千英哩尺度的白
矮星。我正在预言世界的结局，但这还不是。这个预言还不至于使股票市场过于沮
丧。前面还有一两个更紧迫的问题。无论如何，假定在太阳爆炸的时刻，我们还没
有把自己毁灭的话，我们应该已经掌握了恒星际旅行的技术。

　　在大约一百亿年以后，宇宙中大多数恒星都已经把燃料耗尽。大约具有太阳质
量的恒星不是变成白矮星就是变成中子星，中子星比白矮星更小更紧致。具有更大
质量的恒星会变成黑洞。黑洞还更小，并且具有强到使光线都不能逃逸的引力场。
然而，这些残留物仍然继续绕着银河系中心每一亿年转一圈。这些残余物的相撞会
使一些被抛到星系外面去。余下的会渐渐发在中心附近更近的轨道上稳定下来，并
且最终会集中一起，在星系的中心形成一颗巨大的黑洞。不管星系或星系团中的暗
物质是什么，可以预料它们也会落时这些非常巨大的黑洞中去。

　　因此可以假定，星系或星系团中的大部分物体最后在黑洞里终结。然而，我在
若干年以前发现，黑洞并不像被描绘的那样黑。量子力学的不确定性原理讲，粒子
不可能同时具有定义很好的位置和定义很好的速度。粒子位置定义得越精确，则其
速度就只能定义得越不精确，反之亦然。如果在一颗黑洞中有一颗粒子，它的位置
在黑洞中被很好发定义，这意味着它的速度不能被精确发。所粒子的速度就有可能
超过光速，这就使得它能从黑洞逃逸出来，粒子和辐射就这么缓慢发从黑洞中泄漏
出于来。在一颗星系中心的巨大的黑洞可有几百万英里的尺度。这样，在它之内的
粒子的位置就具有很大的不确定性。因此，粒子速度的不确定性就很小，这表明一
颗粒子要花非常长的时间才能逃离黑洞。但是它最终是要逃离的。在一个星系中心
的巨大黑洞可能花1090 年的时间蒸发掉并完全消失，也就是一后面跟九十个零。
这比宇宙现在的年龄要长得多，它是1010 年，也就是一后面跟十个零。如果宇宙
要永远膨胀下去的话，仍然有大量的时间可供黑洞蒸发。

　　永远膨胀下去的宇宙的未来相当泛味。但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨
胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。然而，可能还有
其他种类的暗物质，还未被我们探测到，它会使宇宙的平均密度达到或超过临界值
。这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话，我们就应觉察到了它
对星系旋转或星系团中星系运动的效应。