167亿年后，宇宙会撕裂_宇宙大撕裂

　　李淼：中国科学院理论物理研究所研究员、博士生导师，曾任台湾大学客座教授、中国科学技术大学客座教授。中国科学院“百人计划”入选者。研究量子场论、超弦理论以及宇宙学。 　　
　　BQ=《北京青年》周刊L=李淼
　　“世界究竟是几维的？请忘掉自己的经验”
　　BQ：印象派三杰之一的高更在他那幅著名的油画中提出过三个问题：“我们从哪里来？我们是谁？我们往哪里去？”这个有关人生的终极问题，还可以发散出更多的追问，我们生活的宇宙是怎样的？是否有什么看不见又摸不着的力量在影响着人类以及宇宙的发展？世界是看到的那样三维的吗？ ......有关这些，人们试图从科学中寻找答案。而作为研究宇宙学的物理学家，您自然成了最好的回答者。
　　L：我在发微博的时候会谈到我做的事情，有网友留言，虽然不懂，但看上去很厉害的样子。
　　BQ：我听过您的讲座，也的确有这种感觉，要不断地头脑风暴，甚至抛弃过往的经验，比如，世界究竟是几维的？我从来没有想象过除了三维之外的答案？
　　L：宇宙在空间上是三维的，这是肯定的，但是存在更加基本的物质，它们是两维的，它可以把三维的物质一一对应地呈现出来。我们人是三维的，所以你的感觉也是三维的，但这个两维的物质可以描述人以及其他一切物体，比如这个基本的物质，描述我也描述你，按照通常的理解，将这种描述投影在一个二维屏幕上，应该会是重叠的。但在我们假想的全息屏上，这种描述是不重叠的。这是一种非常抽象的关系，目前的研究还不能用图像来把它解释清楚，也没有达到能将细节用科普的语言传递给大家的程度。
　　BQ：看来，要想探寻未知的可知，就要插上想象的翅膀，给思想自由。不过有一点应该没有问题，就是这些二维的基本物质非常非常小？
　　L：远远小于我们知道的任何三维组元（如电子），大概是 10的负 33次方厘米。这个尺度有多小呢？如果我们将氢原子核放大到一只苹果那么大，那么一只苹果的直径就被放大到一百亿公里。而如果我们将 10的负 33次方厘米放大到氢原子核那么大，那么氢原子核就被放大到 10公里。
　　BQ：既然这么小，我就多少可以理解为什么二维世界可以包含那么多信息，以致我们可以用这些信息来重构三维世界。
　　L：可以想象在很远的地方，比如 400亿光年的远处，有一个全息的球状屏幕，但它不是一个实体，不是一个边界上实际存在的屏幕，只是数学上的构造。这个数学上的屏幕，就像全息照片一样，可以将宇宙中的所有东西都表达出来，就像我们看3D电影一样。这个二维的屏幕完全等价了整个宇宙的东西，当然它也在变化，这个变化受视界的影响，而不是万有引力的影响。
　　BQ：您曾讲过一个玩笑：“换一只灯泡需要几个宇宙学家呢？两个，一个宇宙学家拿住灯泡，另外一个宇宙学家转动宇宙。”宇宙学家可以在想象中随意摆弄宇宙，可我也在琢磨，在转动的过程中，是不是要把握中心，或者边界，才能够实现？
　　L：你是想问，宇宙究竟有没有边界？原则上还是没有边界的，但不见得一定无限，可以有限可以无限。如果是有限的，你可以将它想象成一个篮球球面，它是一个封闭的，它有限但是没有边界。从一个点往前走，总会绕回来，这些在数学上是可以描述的，但是宇宙学的观测，并没有告诉我们宇宙到底是有限的还是无限的，如果是有限的，那么我刚才说的就是其中的一种可能。
　　BQ：如果这种可能性存在，很多人也会问了，宇宙没有边界但是有限，那有没有东西可以包纳宇宙？
　　L：原则上是不存在的，可能不太容易想象，一个弯曲的三维空间它自己独立地存在，不需要放在更大的空间里面，毕竟我们有一个惯性的思维。所以这在几何上是一个飞跃，就是你要忘掉自己的经验。
　　“除了万有引力，还有万有斥力！这个宇宙会撕裂”
　　BQ：牛顿的万有引力告诉我们，世间所有物体之间存在引力。如同我们向上抛一只苹果，苹果开始的时候以一定速度上升，由于地球的引力作用，上升的速度越来越慢，最后开始下落。那么，天体之间的万有引力作用是否使得它们之间分开的速度越来越慢，到了一定时刻，就像苹果开始下落，天体之间的距离反而会变得越来越小，使得宇宙开始收缩？
　　L：1998年前，科学家一直以为宇宙是做减速膨胀，也就是说，过去的膨胀速度比现在的膨胀速度大。这种减速膨胀理论与万有引力理论一致。直到 1998年，美国的科学家发现了宇宙的加速膨胀，这是本世纪理论物理学界最重大的发现，甚至比今年 7月 4日确认的上帝粒子更有意义，它彻底改变了人们的宇宙观。
　　BQ：就像我们抛起苹果，这只苹果在空中不但不减速最后落地，反而以越来越大的速度远离我们而去。这个加速膨胀猛然一听是一件非常离谱的事情。
　　L：当然苹果不会离我们加速而去——这是因为地球的局部引力远远大于宇宙中的平均引力，但遥远的天体会离我们加速而去。其实爱因斯坦提出过著名的宇宙学常数，他认为宇宙是静态的，所以，必须引入一种新的斥力来平衡物质和天体之间的引力。由于之后发现了宇宙在膨胀，爱因斯坦自然就放弃了他的斥力假说。当时以为是减速膨胀，实际是在加速膨胀，因为观测不准。
　　BQ：那么是谁来提供斥力呢？
　　L：导致这种加速膨胀的就是暗能量，而它除了提供万有斥力以外，没有任何其他作用，看不见摸不着。
　　BQ：宇宙中存在多少暗能量呢？
　　L：宇宙中数不清的类似银河的星系，其实只占整个宇宙能量的 4%左右，而其他 96%是无论用肉眼还是用望远镜等寻常手段都看不到的能量。其中，暗能量占了 74%左右，它是一种均匀地充满宇宙的能量，剩下的部分叫暗物质。
　　BQ：暗能量均匀存在，就意味着它是一个常数吗？
　　L：现在对暗能量的观测，并不知道他的性质是什么，一般来讲，它应该是一个常数。但是在一个非常大的空间里面，它究竟变不变，还没有一个具体观测出的数据。它平常很弱，感觉不到，但是在一个几十亿几百亿光年的巨大范围里面，产生斥力的暗能量有几种可能：一种可能，它一直保持常数，那么我们的宇宙将一直加速膨胀下去，物质本身会被稀释，但是暗能量不稀释，它的密度会比物质本身要大；第二种可能，暗能量会变弱，它变弱的速度会比物质变弱的速度要慢，这样宇宙会减速膨胀，如果暗能量变弱，它自身产生的斥力也会变小，它变小到一定程度也许会倒过来产生万有引力，如果这样，宇宙会逐渐慢下来，也许还会收缩；第三种可能，就是暗能量会越来越大，这样的结果就是所有的物质都被撕裂了。但是因为对宇宙的观测没有那么精确，究竟是其中的哪一种可能还不好说。
　　BQ：我们知道您提出了全息暗能量理论，这个很厉害的理论，结果指向是什么呢？
　　L：暗能量本身就是二维的，利用前面讲过的全息屏理论，可以固定暗能量的变化。暗能量的密度变化，依赖一个参数的变化，参数为1，暗能量越来越不变；参数小于1，暗能量越来越大，全息屏则会越来越小，因为你能看到的范围越来越小，到最后无限小，这个宇宙就被撕裂了。目前所有的证据指向都是后者。
　　BQ：如果用“2012”代表世界末日，它今天不来，但注定总有一天会来了？您给我们一个时间表吧，宇宙大撕裂的一天会在什么时候到来？
　　L： 虽然目前还没有例外的证据，但参数小于1的结果，毕竟只有 70%-80%的置信度，而这在物理学上是比较弱的。7月 4日发布的上帝粒子，它的置信度是 99.9999%。而置信度不高的原因也在于数据不够。不过结果依然指向暗能量越来越大。那么宇宙会撕裂，最短的时间是在 167亿年之后。
　　BQ：理论物理，要看到最终的实践证据，需要很多时间，研究的苦与乐在哪里？
　　L：我相信世界是可以理解的，而现在国内的理论物理研究也比以前有进步，科学不是运动，要有一个过程，我们要给科学时间。