萬物的終結： 現代科學如何理解宇宙的「最終結局」？
自從人類第一次思考死亡以來的幾千年裡，這個問題的哲學意義並沒有改變，但我們回答這個問題的工具改變了。今天，關於所有現實的未來和最終命運的問題，是一個紮紮實實的科學問題，答案觸手可及 。
▌本文為《萬物的終結：宇宙毀滅的5種方式》（鷹出版，2025）書摘
但以前並不是這樣。在佛洛斯特的時代，天文學界依舊在激烈爭論，宇宙是否可能處於穩定狀態、永存不變。這是一個很吸引人的想法，我們的宇宙家園可能是個穩定宜居的地方：一個可以安享晚年的安全之地。然而，大霹靂（Big Bang）和宇宙膨脹的發現，排除了這種可能性。我們的宇宙不斷在變動，而我們才剛開始發展出理論和觀察方法，用以準確瞭解這些變動。而過去幾年，甚至是過去幾個月的發展，終於讓我們能夠描繪出宇宙遙遠未來的景象。
我想與各位分享這幅景象。目前的最佳測量結果，僅與少數的世界末日場景一致，而其中一些又可能會被最新的觀察證實或排除。探索這些可能性，讓我們得以一窺最尖端的科學運作，並讓我們在新的脈絡背景中看待人類的定位。在我看來，即使面對的是徹底的毀滅，這樣的探索也能帶來一種樂趣。人類這個物種被架在兩個極端之間，一邊是意識到自己極度的渺小，一邊又具有超越平凡生活、放眼虛空、解決宇宙最基本奧祕的能力。
套句托爾斯泰的話來說，每個幸福的宇宙都很相似；每個不幸的宇宙都有各自的不幸。在這本書中，我將描述對當前仍不完整的宇宙知識的微小調整，將如何導致截然不同的未來道路——從自我崩塌的宇宙，到自我撕裂的宇宙，再到逐漸落入不斷膨脹的泡沫噩運的宇宙。我們將探索現代對宇宙及其最終結局的理解如何演變，並試圖理解這對我們意味著什麼，在此同時，我們也會遇到一些物理學中最重要的概念，並瞭解它們不僅與宇宙啟示錄相關，也涉及我們日常生活中的物理學。
▌量化宇宙末日
當然，對某些人來說，宇宙末日早已成為日常關注的問題。
我至今仍然鮮明地記得，自己發現宇宙隨時可能終結的那一刻。那時我和大學部天文學課的其他同學一起坐在菲尼教授（Professor Phinney）家客廳的地板上，正在參加每週一次的甜點之夜，而教授坐在椅子上，腿上抱著他三歲的女兒。
他解釋說，初期宇宙突然發生的空間拉伸擴展，即宇宙暴脹（cosmic inflation），仍然是一個謎，我們不知道它為什麼開始又為什麼結束，誰也說不準它會不會在下刻就再次發生。沒人能向我們保證，在我們天真快樂地吃著餅乾、喝著茶時，在那間客廳裡，不會發生一場突如其來、不可能有人存活的空間撕裂。
這些話殺得我措手不及，總感覺我再也不能相信腳下的地板穩若磐石。那一幕永遠刻印在我的腦海中：一個孩子坐在那裡，在突然不穩定的宇宙中，不自覺地坐立不安起來，教授則露出促狹的笑意，轉向了另一個話題。
現在我已經是一名成熟的科學家，能夠理解那抹笑意了。思索如此強大、勢不可擋，但又可以精確地用數學描述的過程，可能會令人病態地著迷。我們宇宙可能的未來，已經根據最佳可用數據，進行了描述、計算和加權。我們可能不確定現在是否會發生猛烈的新宇宙暴脹，但如果確實發生，我們已經準備好了方程式。在某種程度上，這是一個讓人心底一定的想法：即使我們這些弱小無助的人類沒有機會影響（或實現）宇宙的終結，至少我們可以開始去瞭解它。
許多其他物理學家，對於宇宙的浩瀚和強大到難以理解的力量，都變得有點習以為常了。你可以把這些都簡化為數學，擺弄幾個方程式，然後繼續過日子。但了悟到這一切是多麼脆弱，而我對此完全無能為力，這樣的認知所帶來的震驚和眩暈，在我身上留下了印記。我想要抓緊機會，涉入那個既可怕又充滿希望的宇宙視角，就像懷抱著一個新生嬰兒，感受生命的脆弱和未知的無窮潛力之間的微妙平衡。
據說，返回地球的太空人，對世界的看法都會不一樣，也就是「總觀效應」（overview effect），從太空看地球，能讓人充分意識到我們的小小綠洲是多麼脆弱，而身為也許是宇宙中唯一有思想的生物，人類這個種族應該多麼團結一心。
對我來說，思考宇宙的最終毀滅就是這樣的體驗。能夠去思索深時（deep time）的極限，並擁有能夠有條理地談論它的工具，這是一種智識上的奢侈。
當我們問「這一切真的能永遠持續下去嗎？」，我們就是在隱晦地驗證自己的存在，將其無限期地延伸到未來，盤點並審視我們的遺產。承認最終的結局給了我們脈絡意義，甚至是希望，並看似矛盾地讓我們能從瑣碎的日常擔憂中抽離，同時又能更充分地生活在當下。也許這就是我們所尋求的意義。我們絕對是更接近答案了。無論世界是否會在某一時刻在政治上分崩離析，從科學角度來看，我們都生活在一個黃金時代。在物理學中，最近的發現以及新的技術和理論工具，使我們能夠實現以前不可能的飛躍。
幾十年來，我們一直在完善對宇宙起源的理解，但對宇宙如何終結的科學探索現在才剛開始復興。強大的望遠鏡和粒子對撞機的最新成果，提出了令人興奮（或恐懼）的新可能性，並改變了我們對遙遠的未來宇宙演化，可能或不可能的看法。這是一個正在取得飛躍性進步的領域，使我們有機會站在深淵的邊緣，凝視最終的黑暗。除了可量化的部分，你知道的。
作為物理學領域中的一門學科，宇宙學的研究其實不是為了尋找所謂的意義，而是為了揭示基本真理。透過精確測量宇宙的形狀、其中物質和能量的分布，以及控制其演變的力量，我們尋找現實更深層結構的線索。一般人也許以為物理學的重大進展通常與實驗室裡的實驗有關，但我們對自然世界基本定律的瞭解，大部分並非來自實驗本身，而是來自於釐清它們與天體觀測之間的關係。
例如，確定原子的結構，需要物理學家將放射性實驗的結果，與太陽光中的光譜線（spectral line）模式連結起來。牛頓提出的萬有引力定律認為，使物體沿著斜面滑下的力，與使月球和行星保持在其軌道上的力相同。這最終導致了廣義相對論，愛因斯坦出色地重新定義了重力，而其有效性並非透過地球上的測量來證實，而是藉由觀察水星軌道差異和日全食期間恆星的明顯位置來證實。
我們現在發現，在地球上最好的實驗室中，經過數十年嚴格測試而開發的粒子物理（particle physics）模型並不完整，而線索來自天空。研究其他星系——像我們的銀河系這樣，包含數十億或數萬億顆恆星的天體群——的運動和分布，已經向我們指出了粒子物理學理論中的重大缺陷。我們還不知道該如何解決，但可以肯定的是，對宇宙的探索遲早能指出一條明路。宇宙學和粒子物理學的結合，已經使我們能夠測量時空的基本形狀，盤點現實的組成部分，並倒推時間，一窺恆星和星系存在之前的時空，以追溯我們的起源，不僅是生物上的，更是物質本身的。
當然，這是雙向的。如同現代宇宙學讓我們更加瞭解非常非常小的粒子；粒子理論和實驗，也可以讓我們一窺宇宙在最大尺度上的運作方式。這種自上而下和自下而上方法的結合，非常符合物理學的本質。也許流行文化常讓人以為科學全靠靈光一閃和翻天覆地的概念扭轉，但事實上，科學理解的進步，更多來自於檢視現有理論，將它們推至極限，並觀察它們在哪裡崩潰。
當牛頓將球滾下山或觀察行星在天空中緩慢移動時，他絕對猜不到我們會需要一種重力理論，能夠用來解釋太陽附近時空的扭曲，或黑洞內部難以想像的重力。他應該作夢也沒想過，人類有一天會希望測量重力對單一中子的影響。幸運的是，這個真的非常大的宇宙，為我們提供了許多可觀察的極端環境。更棒的是，它使我們能夠研究初期宇宙，也就是整個宇宙都是極端環境的時期。
關於術語的簡短說明。宇宙學（cosmology）作為一個通用的科學術語，是指對宇宙整體的研究，從開始到結束，包括它的組成部分、隨時間的演變，以及控制宇宙運行的基礎物理學。在天文物理學（astrophysics）中，宇宙學家泛指任何研究非常遙遠事物的人員，因為（1）這意味著要大量觀測宇宙，（2）在天文學中，遙遠的東西同時也是很久以前的事件，因為光線從它們那裡到達我們這裡，早已走了很長一段時間—有時是數十億年。
有些天文物理學家專精於宇宙的演變或早期歷史，有些則專門研究遙遠的天體（星系、星系團等）及其屬性。在物理學（physics）中，宇宙學可以轉向更理論化的方向。例如，有些物理系（而不是天文學系）的宇宙學家，會研究粒子物理學的替代公式，讓這些公式也許能適用於宇宙存在的第十億分之一秒。
有些人則研究愛因斯坦重力理論該如何修改，以適用於像黑洞這種只能存在於更高維度空間中的假設物體。有些宇宙學家甚至研究顯然不是我們自己宇宙的整個假設宇宙—形狀、維度數量和歷史完全不同的各種宇宙—以便一窺也許有一天會被發現、與我們有關的理論數學結構。
結果就是，宇宙學對不同的人來說代表不同的意義。研究星系演變的宇宙學家，要是聽研究量子場論如何使黑洞蒸發的宇宙學家說話，可能丈二金剛摸不著腦袋，反之亦然。
至於我，我全都愛。我第一次聽說有宇宙學這件事，是在十歲左右，透過霍金（Stephen Hawking）的書籍和講座。他談論黑洞、時空扭曲、大霹靂以及各種讓我感覺大腦像在做後空翻的東西。我求知若渴。當我發現霍金將自己描述為宇宙學家時，我知道這就是我想成為的人。
多年來，我進行了全方位的研究，在物理系和天文學系之間來來回回，研究黑洞、星系、星系際氣體、大霹靂的複雜性、暗物質，以及宇宙在眨眼間灰飛煙滅的可能性。在我浪擲的青春歲月裡，我甚至有段時間涉足實驗性粒子物理學，在核物理實驗室玩雷射（不管紀錄怎麼說，那場火災不是我的錯），還有划著充氣船繞行40 公尺高、裝滿水的地下中微子探測器（那次爆炸也不是我的錯）。
現在，我是一個實打實的理論家，這可能對大家都好。這意味著我不進行觀察或實驗或分析數據，不過我經常預測未來的觀察或實驗可能會看到些什麼。我主要的研究領域，物理學家稱之為現象學（phenomenology）—新理論的發展與實際測試部分之間的那一塊。也就是說，我要尋找創造性的新方法，將人們對宇宙結構假設的基礎理論，與觀測天文學家和實驗物理學家希望在數據中看到的東西聯繫起來。所以我必須學習很多關於一切的知識，而這有趣極了。
作者：凱蒂•麥克
譯者：蔡丹婷
出版社：鷹出版
出版日期：2025/03/05
內容簡介：天文物理學家暨宇宙災難鑑賞家凱蒂•麥克（Katie Mack），以活潑的智慧和幽默，帶我們領略了宇宙可能出現的五種結局：大崩墜、熱寂、大撕裂、真空衰變和回彈。麥克以其平易而有趣的文字和生動的插圖，傳達出宇宙學的研究現況。談的是末世，卻在探討最終誰勝出的過程中，藉由呈現一個又一個截然不同的末世場景，帶出宇宙的形狀和結構，物質和能量的分布，以及控制其演變背後的力量，揭示了基本的真理，藉此拓展讀者思維，提醒我們自己在浩瀚宇宙中的位置。
;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}
;){kind=link}