含有比例常數(即有名的哈勃常數)的這一規律性使逆算過去成為可能:宇宙是何時開始飛散分離的?又是怎樣開始的?什麼是“大爆炸”?真有這回事嗎?
對於大爆炸理論長時期來一直存在著激烈的爭議,直到1%5年兩個美國人阿諾?彭齊亞斯和羅伯特?威爾遜發現“背景輻射”(一種微波輻射,被看成是熱宇宙早期的爆炸星雲的能量殘餘)為止。
當前,對這一宇宙模型的懷疑又有所增大,因為用它難以解釋宇宙中的巨大結構——星係團和超星團——是如何產生的。此外,對宇宙的年齡也有不同的答案:120億—200億年之間的某個值或者甚至是300億年。起因是對宇宙中存在的物質總量無法把握。因為許多跡象表明:空間中可見的東西(氣雲、恒星和星係)幾乎不到構成宇宙的物質總量的十分之一。下落不明的暗物質在哪裏呢?
宇宙的命運取決於它的總質量。因為在物質互相飛離時,它們之間的吸引力起到了“刹車”的作用。如果這個刹車作用較弱,那麼盡管膨脹變慢,但永遠不會停頓下來。與此相反,在物質足夠充分的情況下膨脹速度會越來越慢,一直到零(刹住)為止。隨後,物質之間的吸引力會重新使宇宙回縮,時間多少億年地過去,密度將逐漸增大。宇宙學家對迄今宇宙曆史所計算出的結果將重新倒溯回去,這個收縮最終將使宇宙變成一個熾熱的小火球,如同它大爆炸之後存在過的狀態那樣。
天文學家在這類計算中依靠4個參數:目前的膨脹率(通過哈勃常數表達出來)、刹車參數(在時間進程中使膨脹變慢)、目前的物質密度以及宇宙的年齡。
所有這4個參數的值都是不確定的,僅有粗略的估計,其值在專家們之間也很不統一。此外,有些參數是互相製約的,女口刹車參數取決於物質密度。
物質密度是關鍵,全世界都在探求這個值。對此的一致意見是:
我們在天空中看得見的所有發光物質遠非宇宙所具有的全部物質。但令人迷惑不解的是,看不見的這類物質究竟是什麼樣的東西。有可能是黑洞或褐矮星,也可能是中微子,這是一種幽靈般的粒子,它幾乎用不著任何能量變換就可穿透所有物質。每秒鍾都會有許多億個源於太陽核反應的中微子穿過地球,好像地球並不存在似的。
最初人們假設中微子就像光子那樣是無質量的。但隨後,越來越多的物理學家認為中微子還是有質量的。按照1987年對超新星的測量,算出了一個中微子的質量最大為25電子伏特,而用衰變的氚做的實驗表明其最大質量為9電子伏特。
按照愛因斯坦的質能等值變換概念,微粒的質量經常以能量單位——電子伏特給出。一個電子伏特相當於1.8x10—33克的質量。
在阿布魯茲地下1400米深的一條舊公路隧洞中,海德堡馬?普研究院的核物理學家試圖發現中微子的蹤跡。從首批測量中,他們為中微子質量確定了一個新的上限:1.5電子伏特。
迄今為止看來似乎如此:人們越是能夠精確地測量,這個待尋找的值就越接近零。但就是25電子伏特這個數值(約為一個電子質量的1/20000)按宇宙學家的估計也已經足夠了。這樣,宇宙中物質的“臨界密度”為10—29克/立方厘米,這是封閉宇宙和開放宇宙之間的分界點。
宇宙中已知物質的平均密度約為10—31克/立方厘米,僅為封閉宇宙所必需值的1%。
在一個開放宇宙中,所有星係將永遠互相遠離。其中恒星的生命循環將逐漸趨於停頓,在1000億年之後所有的燃料將消耗殆盡。隻剩下黑洞、中子星、白矮星、冷透了的行星、小天體和塵埃。宇宙變暗,僅僅偶爾因某個地方發生冷的天體互撞迸發火花被映亮一下而已。這種狀態經過若幹萬億年大概仍沒有什麼決定性的變化。在星係的旋轉運動中每10億年將會甩出一顆恒星來,這樣星係的外緣也就逐漸消散一在10M年或者在1026年(沒有準確的數字)之後才完成這個過程。星係核將坍縮成一個黑洞,質量相當於太陽的10億倍。在一個星係團中,這些黑洞將逐漸合並成一個星係團大黑洞。
按照天體物理學家史蒂文?霍金的觀點,即使黑洞也不是持久不變的,它們會“蒸發”出能量,這些能量則消失在無邊無際的空間之中。對較大的黑洞,霍金按其質量大小給出了1010100年的壽命。而那些小黑洞則已消失了。