新知丨时间真的有尽头吗？

最近，解封不久的各大影院正新鲜上映一部影片——《我在时间尽头等你》。电影讲述了男主林格一次次重启时空，只为与恋人邱倩再次相遇的故事。

不过，你可曾仔细想过，时间是否真的有尽头？时空又真的能够一次次重启吗？

电影《我在时间尽头等你》海报 | 图片：网络

奇点

根据爱因斯坦的广义相对论——迄今对宇宙时空最理想的表述，唯一能让时空终止的就是所谓“奇点（singularity）”。它是一个体积无限小、密度无限大、引力无限大、时空曲率无限大的点。在这个点，目前所知的物理定律停止适用。根据广义相对论，宇宙大爆炸发生在138亿年前，也就是说宇宙现在的年龄是138亿岁。而在此之前，宇宙的初始状态就是一个“奇点”，没有时间，也没有空间，时间和空间都毫无意义。即使广义相对论本身也会在奇异点处失效。

你也许会说，这太难理解了！没错，因为“奇点”本是一个数学概念，你非要从物理上去“理解”，不难才怪！

尽头

好吧，让我们放下难懂的“奇点”，先试着接受宇宙源于“大爆炸”（BIG bang）这样一个目前被广泛认可的“事实”，让时间开始流逝。那么，时间的尽头就是要让宇宙再回到一个“奇点”。这可能吗？

在回答这个问题之前，我们有必要了解一下笼罩21世纪物理学天空的两朵“乌云”——暗物质和暗能量。关于它们的本质，我们知之甚少，但是越来越清楚的是，它们对我们的宇宙至关重要。可以说，暗物质“成就”了宇宙的过去，星系和大尺度结构的形成都离不开暗物质的功劳；而暗能量则“掌控”着宇宙的未来，宇宙的命运如何完全取决于暗能量。

大爆炸学说下宇宙的三种可能命运：大坍缩（BIG Crunch）、大撕裂（BIG Rip）、大冻结（BIG Freeze）| 图源：网络

了解暗能量的本质关乎我们对宇宙命运的认知：如果它渐渐变弱，宇宙可能终结于“大坍缩”（BIG Crunch），重回“奇点”（约千亿年），这样的宇宙形状像个球面，称为闭合宇宙；如果它无止境地蒸蒸日上，则有可能会引发“大撕裂”（BIG Rip），届时所有的物质将全部以最基本的粒子的形式存在，是另一种“奇点”（几百亿年）；如果暗能量一直存在，宇宙将归于热寂（Heat death）,即“大冻结”（BIG Freeze），这样的宇宙几何像个马鞍，称为开放宇宙。

宇宙学标准模型中，暗能量充斥整个宇宙，并推动宇宙加速膨胀。目前的观测宇宙学已基本形成一个广泛的共识：宇宙正处于膨胀状态，而且是加速膨胀，如果这种膨胀一直持续下去的话，宇宙中所有天体都会被“撕碎”，最终进入一个“大冻结”（BIG Freeze）状态。据已知的理论推算，大约10100（古戈尔，googol）年后，我们的宇宙将不再形成新的恒星。

最新的研究结果依旧支持标准宇宙学模型。宇宙按照爱因斯坦广义相对论演化，宇宙是空间平坦的，除了构成恒星、星系等的普通物质（占宇宙总质量的5%），还包括虽不可见，但具有引力效应的暗物质（约占27%），以及可观测但本质未知的神奇暗能量（约占68%）。

熵

为了更好地理解（也许适得其反，变得更难懂了，那可别怪我，真的不是我的错），我们再（小心翼翼地）引入一个概念。

宇宙万物趋于变得越来越无序，而熵（Entropy）正是物理学家用来衡量无序程度的量。“孤立系统的熵值永不减少”是“热力学第二定律”的一种表述。如果我们所在的宇宙是一个与外界既没有物质交换也没有能量交换的所谓“孤立系统”（有待证明），那它的熵一定是不减的。熵的概念可以帮助我们理解宇宙各个层次的演化，它为我们提供了时间轴的方向（时间之箭，the arrow of time），而熵总是朝着增加的方向发展。

随着最后一颗黑矮星的消逝，整个宇宙连哪怕是一个原子都不会留下；成群的黑洞在一阵“弱肉强食”的狂乱之后，最终也会通过霍金辐射蒸发殆尽，如果我们终究无法逃离现在的宇宙，那么熵就会继续增加，拼尽全力让宇宙最后一次沐浴着光。整个宇宙变得寒冷、黑暗……趋于绝对零度。彼时，时间已失去意义，宇宙终于永恒，一成不变。熵最终停止增加，因为宇宙不可能再发生任何无序，什么也不会再发生，永远不会。

重启

接下来，一个自然的问题就是，宇宙可以重启吗？一个宇宙的终结难道不应该是一个新宇宙的开始吗？

有人推测，也许有机会在熵消灭一切之前来个胜利大逃亡，逃离这个宇宙。然后，创造一个模拟中的宇宙，能量足够的话，甚至可以创造一个和我们现在的宇宙一模一样的。

关于宇宙归宿的理论有很多，物理学家甚至越来越相信，在我们的宇宙之外应该还有多重宇宙，每个宇宙都恪守它们独一无二的物理规律，或宜居、或坍缩、或撕裂，还有很多则远超出我们的想象力。

人类对宇宙命运的认识也在不断更新。新的观点不断涌现，但是如何接受观测的检验有时会成为困扰。最新的一项研究认为，宇宙的最后一缕微光并非来自黑洞的蒸发，而是来自黑矮星超新星爆发。黑矮星会继续演化，甚至会出现一种另类的超新星爆发。第一颗黑矮星超新星将会在101001年后爆发，而最后一颗黑矮星则要坚守到1032000年才会爆发，同时会发出整个宇宙的最后一缕微光。

时间是否真的有尽头？宇宙真的能重启吗？这些都是关于宇宙命运的终极秘密。人类的认知还在路上，而且可能会永远在路上……对于急于想知道宇宙终极命运的人，最好的回答就是阿西莫夫《最后的问题》中的那句经典“资料不足，无可奉告”（INSUFFICIENT DATA FOR MEANINGFUL ANSWER.）。

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1z4411Y7tX/?spm_id_from=333.788.videocard.0

https://academic.oup.com/mnras/article/497/4/4357/5884975