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假设我们已经发现了所有的自然规律和自然现象，那么我们就能作出以下可靠的推论。
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星系终将停止产生恒星。星系是将氢元素转化为恒星的巨大系统。但它的转化效率不是很高，一个典型的螺旋星系一年仅能产生一颗恒星。大爆炸之后140亿年，原初氢元素和氦元素依然充满了宇宙。可是氢元素数量有限，至少，它无法形成无穷多个恒星。即便所有的氢元素最终转换为了恒星，我们总会见证最后一颗恒星的产生，恒星的数目存在上限；推动恒星形成的非平衡过程很可能在很久之前就开始趋向消失。
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最后的恒星终将燃尽。恒星拥有有限的寿命，大质量恒星能存活几百万年，最后以超新星的形式绚丽死去。大多数恒星能活几十亿年，最终黯然地命归白矮星。总会有那么一天，最后的恒星也将死去。
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那么，之后呢？
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在最后的恒星死去之时，宇宙中充满了物质、辐射、暗物质和暗能量。宇宙的长远命运取决于我们知之最少的那个成分：暗能量。暗能量是真空的能量，它占宇宙物质能量总和的73%6。我们远未触及暗能量的本质，不过我们已经观测到了它对遥远星系运动的影响。特别是，暗能量可以解释宇宙加速膨胀的原因。
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除此之外，我们对暗能量一无所知。暗能量可能就是简单的宇宙学常数，也可能是某种有着统一密度的奇怪能量。尽管暗能量的密度看上去大致是个常数，但我们并不知道它到底是不是常数，还是在以极为缓慢的速率发生改变，这一速率可能远远低于目前我们所能探测的下限。暗能量密度到底是常数，还是会发生改变，将对宇宙的未来产生极大影响。
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让我们先看一下暗能量密度随宇宙膨胀不变的场景。如果暗能量密度是个常数，那暗能量的行为就如同爱因斯坦的宇宙学常数。它不会随着宇宙的持续扩张而降低。暗能量之外的一切事物（比如所有物质和辐射）都会在宇宙膨胀的过程中被不断稀释，这些成分的能量密度之和将逐步降低。几百亿年后，除了同宇宙学常数相关的能量密度之外，一切事物都可以被忽略。
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以上场景非常简单，我们知道其中发生的许多细节。宇宙呈指数级膨胀的后果之一是，星系团之间的距离将快速增长，最终会导致一个星系团再也看不到另一个星系团。离开一个星系团的光子以光速向另一个星系团运动，可它赶不上两个星系团的分离速度。每个星系团中的观测者都拥有一个视界，他们看不到视界之外的邻居。于是，每个星系团都是一个孤立系统。视界的内边界就是某种意义上的盒子，将子系统同余下的宇宙相互隔离。所以，盒中物理学适用于每一个这样的星系团——这意味着，我们可以通过热力学对这些系统进行推理。
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故事发展到了这里，一个源自量子力学的新效应开始现身。它会使视界内部充满处于热平衡态的光子气体——光子气体产生的过程类似黑洞霍金辐射。它被称作“视界辐射”（horizon radiation）。视界辐射的温度非常低，其密度亦然。但是，随着宇宙的膨胀，温度和密度会保持常数。与此同时，包括物质和宇宙背景辐射在内的一切其他事物，都会被不断稀释。在足够长的时间之后，宇宙将会充满视界辐射，宇宙也将抵达热平衡态。
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平衡态将永远持续下去，没有任何办法可以避免宇宙终结于永恒的玻尔兹曼状态。平衡态的宇宙会有涨落和初态回归。当然，这样或那样的宇宙位形会非常偶然地反复重现——其中包括了玻尔兹曼大脑场景。在第16章中，我对玻尔兹曼大脑进行了描述，将其视作否认牛顿范式的终极归谬论证。按照这样的场景，貌似充满复杂性的宇宙历史，不过是宇宙在重回平衡态过程中的电光石火。
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我们几乎百分百地确信，我们并非玻尔兹曼大脑。如果我们是（见第16章），我们将很可能看不到周遭这个广袤而有序的宇宙。我们不是玻尔兹曼大脑，就意味着这样的宇宙未来不是真的。充足理由律导出了全同关系的同一性，后者要求这样的场景必须不是真的。而问题在于，如何才能回避这样的场景？
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要想避开永恒的死寂宇宙，最简单的方法就是假设宇宙拥有足够大的物质密度，它可以使宇宙膨胀停止，并开始坍缩。物质通过引力吸引其他物质，这种相互吸引减慢了宇宙膨胀的速度。如果宇宙中的物质足够多，它终将坍缩回奇点状态。或许，一些量子效应能在适当时机停止坍缩，让宇宙“反弹”，让坍缩中的宇宙膨胀出新的宇宙。但是，现实中宇宙似乎没有足够多的物质可以让膨胀停止，更别说对抗不断让自己加速膨胀的暗能量了。
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第二种避免永恒的死寂宇宙的简单方法，便是假设宇宙学常数其实不是常数。我们有证据证明，在宇宙目前的年龄尺度上来看，暗能量密度是不变的——从各种意图和目的上来看，暗能量就是宇宙学常数。但是，我们没有证据证明，在更长的时间内，这个常数会不会发生变化。宇宙学常数的变化原因可能来自某个更深层次的定律。这个定律发挥作用的过程非常慢，我们只能在一个相当长的时间尺度上，才能感知其存在。或许，宇宙学常数的变化，仅仅是一种定律演化所带来的效应。事实上，单向作用的不存在性认为，既然宇宙学常数能够明显地影响宇宙的演变，那么宇宙的演变也将改变宇宙学常数。
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宇宙学常数不会衰减至零。如果宇宙学常数为零，那么宇宙膨胀就会减慢，但不太可能会反向收缩。宇宙可能是永久的，但不会是静态的；它能避开玻尔兹曼大脑悖论。
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宇宙学常数为零的宇宙膨胀与否，最终取决于宇宙的初始条件。如果最终，膨胀的能量足以克服万事万物之间的引力势能，那么宇宙就永远不会坍缩。但是，即便宇宙是永恒的，它也有充足的重生机会。因为宇宙中的黑洞，可能通过量子效应消除其中的本征奇点，从而催生新宇宙的诞生。如同在第11章中提到的那样，我们有足够的理论证据，证明这一过程会必然发生。
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如果事实确实如此，那么离死期尚远的我们的宇宙，早已孕育了1018个以上的后代。这些宇宙后代还将孕育各自的宇宙后代。在繁衍如此之多的后代之后，宇宙必有一死的事实似乎显得无足轻重。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877023]
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宇宙重生
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获得重生的还可能是整个宇宙，而不仅仅是其中的黑洞。这一假设下的一类宇宙学模型，被称作“循环宇宙模型”（cyclic models）。普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和圆周理论物理研究所的尼尔·图罗克（Neil Turok）发明了一种特别的循环宇宙模型。在创立这一模型的过程中，他们假定宇宙学常数会不断变小，直至为零，再变为大的负值。[4]这一过程会使得整个宇宙急剧坍缩（原因不再赘述）。然而，他们认为，一个反弹、再膨胀的过程将紧接着坍缩过程发生。反弹的原因或来自量子引力效应，或由于暗能量的极端取值。
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由于存在量子效应，宇宙在终极奇点处反弹并再度膨胀，这一论断的理论证据比前述黑洞奇点模型还要充分。[5]在圈量子引力论的框架内，人们已经研究了若干种宇宙学奇点附近的量子效应模型，这些模型都预测了宇宙大反弹现象。然而我们需要加倍小心，这些研究仅仅是模型。在建模的过程中，人们做了很多假设。其中一个关键假设是，宇宙具有空间均质性。我们确信的是，宇宙中的高度均匀区域将会反弹产生新的宇宙。在这些高度均匀的区域中，不存在引力波或黑洞。
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在最差的情况下，那些高度均匀的区域也不会发生大反弹，这些区域只会坍缩为奇点。它们是时间的尽头。然而，即便在这种最差的情况下，我们仍有一丝希望：此类情况为我们提供了一种选择机制，可以帮我们决定哪些宇宙区域会坍缩，哪些宇宙区域会反弹并重生。如果仅有高度均匀的区域反弹，那么反弹后产生的新宇宙也会变得高度均匀。[6]这作出了一个预言：刚刚经历反弹的宇宙，具有高度的均质性，这样的宇宙中没有黑洞、白洞、引力波，正如早期的宇宙那般。
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若想宇宙大反弹模型呈现出科学性，它必须作出至少一个能被实验验证的预言。我们至少有两个这样的预言，这两个预言都和宇宙微波背景辐射的涨落谱有关。宇宙微波背景辐射中的某些涨落其实并不需要暴胀理论来进行解释，但人们常常认为暴胀理论是它们产生的唯一原因。循环宇宙模型为解释这些涨落提供了额外的选择。我们已经基于循环宇宙模型重现了我们所见的涨落谱。但是，循环宇宙模型的预言和暴胀模型的预言有两点不同，这些不同可以在现在或不久之后的实验中得到检验。其中一个检验是，看看宇宙微波背景辐射中有没有引力波信号：暴胀模型预测了引力波的存在，而循环宇宙模型预测它们不存在。循环宇宙模型还预测了宇宙微波背景辐射的不完全随机——更技术地说，它预测了非高斯性的存在。
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循环宇宙模型认为时间是基础性的，即时间不始于大爆炸，而存在于大爆炸之前。这个观点催生了一个更具预言能力的宇宙学理论。其他一种理论则假设，在早期宇宙环境中，光速是不同的，而且可能比现在更快。这类理论被称为“光速可变理论”（variable-speed-of-light theories）。它们以一种违背相对论的方式，选出了一种时间的最佳定义。因此，这类模型并不流行。但是，无须暴胀模型，它们便有可能解释宇宙微波背景辐射中的涨落。
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罗杰·彭罗斯提出了另一种宇宙重生的场景。[7]大概来说，他接受了宇宙是个永恒的玻尔兹曼宇宙，宇宙学常数是个固定值的观点。然后，他问了这样的问题：在无穷长的时间之后，宇宙会发生什么？（也只有罗杰·彭罗斯会问这样的问题。）他怀疑在某个时间点后，所有带质量的基本粒子会发生衰变，其中包括质子、夸克和电子，而且只有光子及其他零质量粒子得以存在。如果真是这样，那么我们便没有任何方法测量时间的无限流逝。因为，对于以光速运动的光子来说，它完全感知不到时间。对于光子来说，晚期宇宙的永恒和早期宇宙的永恒没有任何差别，两者之间唯一的区别在于温度。诚然，两者间的温度相差极大，可这也只是一个尺度上的差距。彭罗斯认为，尺度上的差距无关紧要。对于一团可用相对关系加以描述的光子气来说，真正要紧的是彼时事物之间的比例、互相之间的对比；而系统的整体尺度无从探测。所以，对于充满了冷光子和其他零质量粒子的晚期宇宙来说，它和充满了同样粒子的炙热的早期宇宙没有什么差别。根据全同关系的同一性原则，一个晚期宇宙同时也是一个正在诞生的新宇宙。
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