宇宙的“前世今生”：霍金腦中的宇宙誕生及未來

大約在150億年前，宇宙中所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，從而發生了巨大的爆炸。大爆炸之后，物質開始向外大膨脹，最終形成了今天我們看到的宇宙！

如今，作為描述宇宙起源的學說，大爆炸模型已經得到了科學研究和觀測最廣泛且最精確的支持。用宇宙學家的話來說就是：宇宙在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態演變而來，并且經過不斷膨脹到達今天的狀態。不過，看似完美的大爆炸模型并沒有解決第一推動力的問題，即到底是什么外力推動了大爆炸的發生。

霍金提出了一種解決第一推動力的理論，即封閉宇宙的量子論。在這個理論中，霍金認為宇宙的誕生來自一個歐式空間向洛氏時空的量子轉變，這就實現了宇宙的無中生有思想。歐式空間是一個四維球，在四維球轉變成洛氏時空的最初階段，時空是處于暴脹階段的。這之后，暴脹減緩，接下來的過程就可以用大爆炸模型來描述。在這個宇宙模型中，空間是有限但無邊界的，因此被稱作封閉的宇宙模型。

自從霍金1982年提出封閉宇宙的量子論之后，幾乎所有的量子宇宙學研究都圍繞這個模型展開。當然，霍金也一直試圖按照這個理論來推測宇宙的未來發展。在一次演講中，他提到了宇宙未來的兩種命運：如果宇宙的平均密度小于臨界值，那么宇宙將永遠膨脹下去；如果宇宙的平均密度大于臨界值，宇宙則將收縮以至于縮成一個點。當然，我們知道，無論膨脹還是收縮，現在確定宇宙的未來都為時過早。

“我確信人類終將殖民太空，在火星及太陽系的其他星球上建立自給自足的殖民地，不過這大概要到100年以后。”除了宇宙的“前世今生”，霍金對人類世界的未來發展也提出了一些預言，星際移民即是其一。2012年1月8日，在英國廣播電臺舉行的《問問霍金》電臺節目中，霍金表示，人類有可能會絕種，核戰和全球暖化之類的大災難幾乎不可避免地會在1000年內降臨地球，但我們不必為此害怕，因為科技的進步會將人類帶出太陽系，到達宇宙的遠方。

外星人不僅是吸引普通人的話題，更是吸引科學家的話題，霍金就曾發表過關于外星人的預言。2010年4月，霍金在一部紀錄片中表示，外星人存在的可能性很大，但人類不應該主動尋找他們，而應當盡一切努力避免與他們接觸。在霍金看來，宇宙中有超過1000億個星系，每個星系中又包含大量星球，因此幾乎可以斷定外星生命肯定存在。只不過，霍金認為，這些外星人很可能已經成為游牧民族，企圖征服并向所有他們到達的星球殖民。因此，人類主動與外星人接觸的行為實在是有些冒險。

雖然，霍金所作出的這些預言并不一定都能實現，但我們依然能從中感受到他對宇宙未來及人類未來的深深關注和不懈探索。接下來，就讓我們帶著對霍金的崇高敬意，開始這一段宇宙時空之旅，走進霍金的“腦中世界”。

▲開放宇宙不具有足夠的物質以產生足以終止空間膨脹的引力，于是開放宇宙將永遠膨脹下去。盡管膨脹將受到其包含的物質的引力的影響而減慢，但這一過程不可能停止甚至倒轉。宇宙在內部的所有物體都達到相同的溫度時將發生“熱寂”，達到這一狀態的時間量級大約為1012年。在1030年時，在所有的死亡星系殘余都成為超星系黑洞后，質子開始衰變成為電子和正電子，所有的物質也都將發生相同的變化。

▲宇宙中物質的量決定了時空連續體彎曲的方式，因而決定了宇宙的將來。很多觀測指出，宇宙是平坦的。但是宇宙是完全平坦的情況幾乎是不可能的，因此這些觀測也就成了所謂的平坦度問題。一種精練的大爆炸理論為解釋這一現象作出了嘗試，它被稱為宇宙暴脹論，它提出在大爆炸以后的很短時間內，宇宙以指數倍的速率膨脹。因此，不論宇宙的真正曲率是怎么樣的，在我們看來它始終是平坦的。這與地球看起來是平坦的而實際上是一個球體的情況一樣。

▲平坦宇宙是開放宇宙和閉合宇宙之間的分界線。在平坦宇宙中，宇宙的膨脹將在無限量的時間后停止，除非宇宙中充滿了暗能量，在這一情況下，膨脹將永遠加速下去。平坦宇宙將受制于質子的衰變和熱寂，就和開放宇宙一樣。

▲“閉合的”宇宙是其內部包含的物質產生的引力足以終止宇宙的膨脹并將它重新拉到一起的宇宙。隨著星系的相互靠近，宇宙溫度再次上升，直到不可避免地變成一個火球——大坍縮，這類似于但又不同于大爆炸的逆過程。有些可能的閉合宇宙能夠存在很長時間，從而開放宇宙中的所有過程，例如質子的衰變和熱寂等都能在它整體崩塌回去之后仍然發生。

宇宙的年齡及人類的誕生

宇宙膨脹的現象給我們測定宇宙的年齡提供了時間尺度。最近的統計結果顯示，宇宙大爆炸起源于約150億年前。下面，我們將宇宙150億的年齡折算成一年，以圖表方式表現生命在其中出現的時間和發展速度。