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即使是逃脱了这一命运的重子也不会持续太久。正如我们前面所讨论的，使重子在宇宙大爆炸中形成的同样的进程限定了重子在极其漫长的时期内，是不稳定的。最终的重子粒子将是质子和电子（甚至连中子都在几分钟的时间里衰变成质子、电子和中微子），质子必然（根据我们目前对粒子世界的了解）也会衰变，在1032年或更长的时间尺度上变成正电子和高能辐射。由于宇宙中所有的正电荷和所有的负电荷之间应该处于平衡，当这个过程完成后，也许在从现在开始1034年内，宇宙中所有的重子将已经转变成中微子、能量，以及同等数量的电子和正电子。电子和正电子将不可避免地碰面，湮没并释放出伽马射线。在超大质量的黑洞周围仍将有本初的重子构成的“物质”，但即使是黑洞也不会永远存在。一个大型黑洞的能量通过称为“霍金辐射”的一种过程，会非常缓慢地转化为辐射能，外加等量的粒子和反粒子，91它们会彼此相遇并彻底湮灭。在大约10120年后，如果宇宙能存在那么久的话，所有的一切都将通过霍金过程蒸发掉。
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但是宇宙能够长期以目前的形式存在吗？现今的聪明人都认为它不会，但是没有任何人有本事判断出在这三种选项中，到底哪个更有可能发生。
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根据“旧”的宇宙学——这里的“旧”意思是指大约在公元2000年前——宇宙可能会不断扩张下去，但是速度会逐渐减慢，所有这些衰变和湮灭都会发生。但是，由于存在暗能量或宇宙常数，这一切都发生了改变。“旧”的宇宙学的另外一个特点是，任何存在的智能物种都将有充分的机会观察命运的宇宙。我们可以看到的宇宙，实际上是以光速在膨胀。我们可以看到的宇宙的大小，就是从大爆炸以来，光所能穿越的距离，而这个空间也以光速在增大。超过了这个限制，宇宙中可能会有某些区域相对于我们退缩的速度比光速还快（这是因为空间本身就在不断扩大，而不是因为它们真的能以超过光速的速度在空间移动），对那些区域我们也将一无所知。宇宙的扩张速度不断变慢，但“光泡”向外总是以光速向外移动，虽然星系团最终可能彼此相距遥远，但是旧的宇宙学认为，我们仍有可能想象用超灵敏的探测器观测这些遥远的星系，直到它们衰老消失。但是，这种认识已经站不住脚了。
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我们知道（或者至少，我们认为自己知道），宇宙扩张之所以正在加速是因为存在暗能量。对这一证据最简单的解释是，这与真正恒常的宇宙常数有关——即每一块空间都有一个内在的、固定量的暗能量。对扩张加速度的这种解释受到了对遥远的超新星最新观测结果的支持（在撰写本书时是如此），这些结果是一个称为超新星遗产调查的项目的结果。2005年12月该项目的第一批成果，完全符合加速膨胀的宇宙的驱动力的确是宇宙常数这一设想。如果是这样的话，衰退和湮灭过程仍将以大致相同的方式进行，但是高智能生物恐怕不会有太大的机会去观察研究这些事了。由于宇宙膨胀正在不断加速，它不仅使遥远的星系团穿过了光泡的表面——有时也被称为宇宙视界——速度也超过了光泡本身扩张的速度，而且随着时间的推移，扩张速度会越来越快。我们很容易就能计算出来，如果宇宙继续以我们现在所观测到的同样的速度加速，那么在我们这个银河系所在的本星系群（the LocalGrouP）以外的所有星系，将在几千亿年的时间内（是目前的宇宙年龄的10倍多一点），就会彻底脱离我们的视线范围。我们的星系所剩的物质周围仍然会有一个可视的空间范围，但宇宙的地平线将以光的速度在消退，而且在“看得见”的宇宙之中，将变得一无所有。
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但是如果宇宙常数并不是真正恒常不变的呢？如果与某一特定量的空间相联系的暗能量会随着时间的推移而变化（可能变大，也可能变小），又会怎样？我们在前面所介绍的对超新星的研究，以及对宇宙微波背景辐射的研究，揭示出遥远的星系正在远离我们以及其消退的方式。这就严格限定了这些参数能够以多快的速度改变，但即使是这些限制，也留有一定的余地，允许我们做一些有趣的猜测。第一个可能性是，暗能量的实力会随着时间的推移越来越强。这一猜测比较有市场，因为它可以解释为什么如今的宇宙常数如此之小——如果它开始为零，并慢慢变大，那么它就必然要经过这样一个微小的阶段。但事情并不止于此。这个想法对未来提出了一种戏剧性的展望，这是我们迄今所描述的所有情况的一种最极端的表现。这种最极端的理论说，我们不是处于宇宙中生命的早期阶段，而是可能已经度过了从大爆炸到宇宙结束的将近一半的时间。但是具有高度智能的观察者将有充分的机会目睹这一切如何结束。这一景象也有一个戏剧性的名称，叫做“大撕裂”（BigRiP），而且这一理论的支持者还喜欢继续添油加醋，提及宇宙中额外的暗能量使宇宙的扩张呈指数级加速，就像是“幻影能量”；其实这和我们已经讨论过的是同一种暗能量，只不过更多一点。92
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在此设想中，宇宙的膨胀通过自身获取能量，其增长触发暗能量的增加，而暗能量的增加又会使膨胀加速。在传统的宇宙图像中，宇宙常数保持在很小的值，因此在太阳系、其他恒星星系以及银河系中，由于它们被引力结合在一起，不会存在膨胀——在这样的系统中引力超过了暗能量。但是，根据大撕裂理论，最终宇宙的膨胀将主宰一切，首先超越引力，然后超越其他的自然力，甚至在最小的尺度上。根据观测限制所得出的这一设想的最极端的版本表明，从现在开始可能在大约210亿年后，宇宙的末日就会到来。但是由于膨胀呈指数级扩大，除了宇宙中的生命存在的最后10亿年之外，这一段中的大部分时间里，不会发生任何戏剧性的事件。
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由于宇宙膨胀的加速会“加速”，因此本星系群的所有星系摆脱各自的引力束缚的时间提前到了距今约20亿年，这只相当于按照目前的速率恒定不变所需时间的十分之一。这样的话，到那时，我们的银河系可能仍然存在，成为宇宙空间的一个可辨认出的孤岛。不过它很可能已经大大扩大了，并且因为与邻近的仙女座星系（也称为M31）合并而变得面目全非。到那时，太阳系肯定已经消失很久了。但我们有理由相信，在彼时彼处的年迈的超级星系中，可能存在类似太阳系的星系，那里的与地球类似的行星上，生活着高智能生物。随着暗能量超越了恒星之间的引力，它们的星系开始分崩离析之时，那时它们距离大末日只有6000万年，这大致相当于恐龙灭亡到现在的时间。但是到那时，距离宇宙地平线仍会有约7000万秒差距（大约2.3亿光年），因此在本星系分裂后，来自附近星系的光有时间到达（本星系群的残余），观测者也有时间研究自己的星系是如何分崩离析的。
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在距离终结3个月的时候，那一未来“太阳系”的行星将脱离恒星，那场灾难的任何幸存者都会发现，他们自己的星球在末日到来之前的30分钟时，会爆炸变成原子碎片。在最后的10-19秒中，原子会被撕碎，剩下的是一片继续扩大的，扁平的，毫无特色的虚空。也许这是一切的终结——是时间的终结。也许这些条件恰恰会引发一轮新的膨胀。有可能，这一对宇宙遥远未来的设想，也是我们所知道的宇宙的开始。这些都是完完全全的臆测。但是有趣的是，宇宙的第二种命运似乎告诉我们，时间的开始和结束之间存在更紧密的联系。它们由所谓的“大收缩”联系在一起，而且源于这样一种可能性：随着时间的推移，暗能量可能会变弱，而不是变强。
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这一思路的第一种变化，看上去非常像不断膨胀的宇宙在20世纪时古老的图景。在那一图景中，星系逐渐消逝，物质也会衰变湮灭。如果宇宙常数逐渐变小，直至为零，我们最终的结局，恐怕就好像一开始宇宙常数就是零一样。但是这种衰退为何会到零为止？至少从宇宙方程上推理，如果暗能量的强度可以从一个正值降低到零，那么它也完全可以继续降低，变成负值。暗能量的值为正，它可以抵抗引力，使宇宙加速膨胀；暗能量的值为负，就会增加引力的能量，首先使宇宙的膨胀减缓，然后使宇宙加速收缩。如果情况果真如此，那么根据目前的观测结果所能允许的最极端的下降率，到现在为止，我们几乎已经走完了宇宙生命的一半。我们距离宇宙最终崩溃坍缩回一个奇点还剩下120到140亿年的光景（不过，同样道理，宇宙末日可能会推迟到距今400亿年）。
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当宇宙停止膨胀并开始坍缩时，我们的星系周围不会有任何值得观赏的情景，但是在宇宙中任何地方都会在同一瞬间出现这一转变。不过，由于光速存在极限，在转变发生后不久，观测者会看到附近的星系出现蓝移，而遥远的星系仍显示为红移。此后，“蓝移视界”将以光速传遍宇宙。现在还不可能准确说出何时会出现转变，因为我们还没有关于暗能量变化方式的足够的信息（假如它真的在变的话），而且在任何情况下，只有宇宙接近大收缩那一刻，情况才开始出现变化，引起我们的注意。所以，我们可以拿距离末日的时间，来记录这期间的重大进展。这种时间可以用宇宙的规模大小来体现。不过，在这种情况下，那些拥有高级智能的观测者将无法亲眼看到发生在最后几分钟的有趣的事情。
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当然，我们自己也无法看到或测量整个宇宙——它很可能是无限的。但是，由于宇宙中的一切都同时发生转变，那么空间中任何区域的尺寸的相对变化都是相同的。我们从现在可见的宇宙的规模出发，考虑这一空间会如何收缩，以及当收缩发生时，它里面会发生什么事情。在很长一段时间里，观测者将能够看到宇宙的崩溃进程，而他们自己的环境不会受到严重影响。他们将看到星系团彼此靠近，并发生合并，甚至星系之间也出现合并，但是在那时，假想中未来的地球上的生命，却不会感到不舒服。对于那样的行星上的生命来说，致命的威胁不会来自这些暴烈而壮观的相互作用，而是来自背景辐射，它的温度会发生缓慢而阴险的上升，因为随着蓝移的发生，宇宙收缩，其能量会越来越高。由于星系的恒星之间存在巨大的空间，即使是在星系合并的时候，恒星之间的碰撞也是极其罕见的。当星系开始合并时，背景辐射的温度——天空的温度——将不超过约100K。那时，宇宙的大小大约相当于现在的百分之一。
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从那时起，宇宙的大小每隔数百万年会减半，到它缩小到现有规模的千分之一时，行星上的生命会首先感到不舒服，然后感到艰难，最后变得无法生存。天空的温度很快达到300K，超过了冰的熔点，行星上所有的冰盖或冰川都将融化。随着普遍辐射的温度（此时再将其称作“背景辐射”似乎不大妥当了）继续上升，整个天空将开始发光，首先是暗红色，然后变成橙色，温度也随之上升到几千K，温度和太阳表面差不多了。那时海洋早已煮沸蒸发干净，大气则完全紊乱，原子被分解成离子和电子（原子分解decombination）。当宇宙缩小到其目前的规模的千分之一时，我们所知的生命形态将不可能在这样的星球上存在。原子分解发生时，宇宙的大小与宇宙膨胀过程中原子发生重组时宇宙的大小是相同的，这并非巧合。发生这种情况意味着宇宙大爆炸发生了逆转。
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我们越是接近大收缩，宇宙的崩溃和升温就会更快，大爆炸出现的火球阶段会倒着出现。当宇宙的大小相当于现有规模的百万分之一的时候，会变得无比炽热，温度达到数百万度，相对于现在恒星内部的温度。当其规模缩小到现今的十亿分之一大小时，温度达到10亿度，在恒星的内部经过数十亿年的时间才好不容易炼成的复杂的原子核，如氧和铁的原子核，会炸得粉碎，分解为质子和中子。当宇宙变成现在的万亿分之一大小时，质子和中子也会解体，宇宙的温度约为1万亿（1012）度，整个宇宙变成一锅由夸克组成的汤。到那时，宇宙距离最终瓦解——或者说，距离我们所知的物理定律失去效力，发生某种奇异的事情——就只剩下几秒钟了。但是，没有人会在场目睹这一切。
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因此，那到底将是大收缩，还是大撕裂？在21世纪第二个十年内，人们有可能弄清楚到底哪一种极端会发生，或者至少给出可能发生哪一种情况的更严格的限制。一个称为“大口径综合巡天望远镜”（LargeSynoPticSurveyTelescoPe，LSST）的新型观测仪器可能（乐观地估计）在2012年开始运作。设计它的初衷，是准确、详细地测量星系团聚集在一起的方式，提供足够的统计信息，以严格限定暗能量的大小，而且也许能够弄清楚随着宇宙年龄的增长，暗能量如何变化。另外一个更乐观的估计，是名为“超新星加速探测器”（SuPernovaAcceleration Probe，SNAP）的卫星预计会在2015年之前发射升空。它将为我们提供遥远的星系中数以千计的超新星的信息，这样就能比现在更为精确地测量出宇宙加速的方式。
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而此刻，我们只能依靠自己的想象力来指导我们。好在物理学家从不缺乏想象力。我一直还保留着目前物理学界对于宇宙末日的各种猜测中我最喜欢的一种。这是前面提到的宇宙“火劫理论”模型的完整版（第三章）。它自然地引入了暗能量，包括了大撕裂和大收缩两者所需的元素，将它们置于永恒的生死轮回，而且它还基于最新的M理论以及膜理论。不过这并不一定意味着它是正确的。但它的确是一个打包得很好的一套理论，而且它比任何其他的例子都能更明确地表明，物理学在新的千年第一个10年中，会走向何方。
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该模型惟一丑陋的是它的名称。它来自希腊语的“战火”（ekPyrosis）一词。从某些方面讲，这倒也合适，我们很快将会看到原因；但是不像“大爆炸”和所有其他的“大XX”那么容易上口。所以对该模型持批评意见的一些人，提出了“大碰撞”（BigSPlat）这个名字，这让支持该模型的人稍微有些恼火。大家都记得，“大爆炸”这个词就是当年对该模型持批评意见的人（弗雷德·霍伊尔）造出来揶揄它的，而且竟然深入人心，摆脱不掉了。不过，至少“大碰撞”这个名字让人能够联想到所发生的情景——按照M理论的方程的描述，两个膜会发生碰撞。严格说来，宇宙火劫理论是用来描述膜之间的单一一次碰撞的，这种碰撞产生了大爆炸；但是现在，它持续扩展，涵盖了那些在无休止的生死循环中反复发生碰撞的模型。因此，或许“凤凰宇宙”（或“涅槃宇宙”）会是一个更好的名字。
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每个参与这种循环的膜，若以空间的角度看，都可看作是一个完整的无限三维宇宙，就像我们自己所处的宇宙一样，其中时间是第四个维度。这些宇宙由第四维空间分开彼此（总起来算就是第五维度）。一般情况下，我们可以将膜想象为两维，它们各自由第三维空间隔开，就像一本书中两个相邻的页。正如我们前面解释过的那样，除了引力之外，所有我们熟悉的粒子和力，都只能在一个单一的“膜世界”（如我们的宇宙）中运动，但是引力可以发生通过第五维的泄漏，进而影响到“隔壁”的宇宙。由于该过程是循环的（也可能无休止的），我们可以从周期的任何一点开始描述。而合乎逻辑的起点，似乎是周期中相当于我们通常认作是宇宙大爆炸的那一点——因为，我们将看到，这一点也对应到我们所知的宇宙的末日。
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试着想象两个膜沿第五维接近对方，就像两张纸面对面放置一样。从我们的膜的角度看，如果那时有高智能生物在场，且具有仪器能够“看”到第五维，他们就会看到另外一个膜在接近他们，似乎他们自己的膜（我们的膜）静止不动。所有的膜都由于在第五维起作用的力沿着第五维相互吸引——从根本上说，这是真正的引力作用。在周期的这个阶段，所有的膜基本上都是空的，而且从时空曲率的角度看极为平坦。其中的原因我们很快就会说明。但是由于量子效应，没有任何时空可以是彻底扁平的。因此每个膜中会有例外情况，这相当在二维平面上出现了丘陵和山谷。尽管两个膜像平行的纸张一样相互靠近产生接触，它们各自有凸起的地方会首先接触对方。大家可能会认为，这些例外行为会非常微小，的确，一开始是这样。但根据M理论的方程，随着这两个膜变得非常紧密，各种强大的力会起作用，一方面将它们拉到一起产生接触，另一方面会扩大量子涟漪。
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这会产生各种规模的不规则现象，研究者称这种不规则现象具有“尺度不变性”。有些现象仍然在亚原子规模上，其他的可能和现在可见的宇宙一样大，此外这两个极端之间的各种中间状态也可能产生。但是，我们感兴趣的是那些在两个膜接触时直径约一米的不规则现象，因为计算表明，这样大小的不规则恰好可以产生我们所看到的宇宙。
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由于膜在空间上是三维的，想象这种事件的最好的办法是想象一个球形的空间，直径一米左右，里面的空间的每一个点在瞬间都会接触到的另外一个膜的三维空间的每一个点。其结果是一团能量的火球，在“我们的”膜中的三维空间中急剧扩大，呈指数增长，但速度会随着时间的推移减缓。最重要的是，这并不涉及暴涨阶段，虽然最初的扩张以现在的标准看也足够剧烈。起初，宇宙每10-20秒增大一倍，但这一扩张速度不断减缓，到如今，倍增时间约为1010年；以后，随着暗能量使宇宙膨胀加速，倍增的时间将再次缩短。总之，宇宙增长的因子大于1020（一万亿亿），甚至是1030，这也解释了为我们所观测到的宇宙为何极端扁平，这和暴涨理论的解释效果一样。
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在这个理论图景中，我们的整个宇宙是从一米直径的火球扩张来的。但是碰撞本身这一过程中，另外一组量子涟漪印在了时空上，产生了宇宙微波背景辐射中的涟漪，并提供了星系团能够成长的种子，这和标准的暴涨理论图景一样。不过，这里最重要的是，这种理论中不存在时间开始的奇点，“我们的”宇宙也从来没有小于一米的跨度，也从未经历过无限高的密度；它的确是从1024这样的高温“开始”的，可这一数值不管有多大，仍然是有限的。许多科学家认为该模型具有吸引力，这是其中一个主要的原因。这也意味着，“我们的宇宙”并不是惟一的，即使我们仅仅把它看作是我们的“膜”。这个膜必然会有许多其他的区域（如果膜是无限的，这种其他的区域就会无限多），这些区域发生接触，并产生了以这种方式不断扩张的宇宙。但是，那些宇宙将永远超出我们的空间视野范围，因为宇宙之间的膜的结构也随着时间的推移而扩大。之所以会这样，是因为这两个膜在相互碰撞后会发生卷曲。
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当两个膜彼此反弹开并沿着第五维度反向运动时，另外一个膜就会遭遇一种略微不同的命运。根据这一模型，额外的维度会发生扭曲，就好像当你沿额外的维度朝某一方向运动的时候，你所熟悉的三维空间的尺寸会增加，而如果你朝另一个方向运动，熟悉的三维空间的尺寸会减小。当膜碰撞后发生反弹，“我们的”宇宙恰好是沿着三维空间扩大的方向运动。起初，隔壁的宇宙是朝另一个方向沿着第五维运动，并发生收缩。但是，两个膜之间的吸引力（真正的引力）非常强大，以致第二个膜的运动被扭转，被拽动并拖在我们的膜的后面，因此它也很快开始扩张。这两个膜各自都经历了我们所描述的永远膨胀的宇宙会经历的扩张、稀释和物质衰变阶段，但是在所有这些漫长的时间内彼此没有发生接触——这段时间长达数万亿（许多个1012）年。以人们熟悉的尺度来说，它们之间的间隔非常之微小——也许只是几千个普朗克长度，或说是10-30厘米（远小于质子的直径）；但是正所谓，差之毫厘，谬以千里。然而，由于膜间力的作用，两个膜变得空而且平坦，并一直与对方保持平行。
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在大多数的时间里，这两个膜都以相同的距离分隔开，“悬”在那里。然而，渐渐地，膜间的吸引力超过了反弹的动能，将两个膜拉到一起。这一进程刚开始非常之缓慢，但随着两个膜越来越近，速度明显加快。膜间的吸引力和皮筋回弹时不同，随着两个膜之间的距离缩小，不再是相隔几千个普朗克长度之后，这种力会变得更强。两个膜自身（现在基本上是空的扁平的时空）在循环的这一阶段会稍微收缩一些，但因子只是10左右（相比之下，在扩张阶段其因子是1030），它们在时空中的量子涟漪会扩大到各种尺度，包括一米左右的肿块。
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大爆炸的能量直接来自运动中的两个膜碰撞时的动能，93就像两个钹碰到一起一样。而且，由于引力传播到第五维的方式，随着两个膜之间的空间沿着那一方向收缩，在每个膜中，引力的效力会增加——这意味着，在我们的宇宙发生“大爆炸”的时刻，当它是一米直径大小的时候，牛顿的万有引力常数大于现在的值。但在几分之一秒的时间里，它就已经下降到了目前的值。
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我们已经描述完了这个周期，而且本书也就是从这里开始的。这一模型和标准的包括暴涨的“拉姆达CDM”模型，推导出了一副完全相同的人类生存的宇宙图景，也包括了背景辐射的性质，但却没有CDM模型所需要的令人不安的无限值。为了解释我们的宇宙中可见物质的行为，我们需要暗物质，它们可以是我们的宇宙中的弱相互作用粒子，或是其他的膜泄漏到我们的宇宙中的粒子产生的效用；该模型并没有区分这两种可能性。但是，使目前的宇宙膨胀加速的暗能量，是该模型的一个重要特征。每个周期对应的点上，每次爆炸（每个一米直径的火球）的平均物质密度、温度和所有其他物理属性，都是相同的。宇宙只是一次次地重新填满自己，虽然每个周期中，量子涨落本身从统计学上讲是不同的，因为每次爆炸都对应一个单一的量子涨落。但是，宇宙现状的条件，是上一个周期的崩溃阶段的最后一刻决定的，而不是在此次扩张阶段开始时。
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