1700921760
1700921761
以前的这些关于末日的猜想都有一个共同的特点：它们讨论的其实仅仅是地球或人类会不会遇到末日。但我们现在要讨论的是整个宇宙会不会遇到末日：到了那一天，宇宙中所有的星系、恒星和生命都将被同时毁灭。在绝大部分的人类历史上，这个问题都只能是宗教或哲学问题；但在经历了过去一百年科学的飞速发展之后，现在它已经变成了一个真正意义上的科学问题。恐怕你们很难想象，这个问题的答案竟然是：“确实存在会遇到宇宙末日的可能性！”
1700921762
1700921763
1700921764
1700921765
1700921766
爱因斯坦
1700921767
1700921768
很恐怖，对吧？但它的的确确是真的。下面我就来给小朋友们讲一讲其中的道理。不过在此之前，我要先给大家讲一个大人物的故事，他就是爱因斯坦。
1700921769
1700921770
爱因斯坦现在已经被公认为有史以来最伟大的两位科学家之一，比一般的科学家厉害不知道多少倍。但他刚从大学毕业的时候，过得却比一般的大学毕业生要惨不知道多少倍。在爱因斯坦读书的那个年代，大学生非常稀缺。例如，在爱因斯坦就读的苏黎世联邦工学院（现在已经更名为苏黎世联邦理工学院），和他同一届毕业的物理系本科生总共只有4人。所以在那个年代，大学毕业生都是不愁找工作的。这就让爱因斯坦有机会创造他人生中的第一个纪录：他成了联邦工学院物理系历史上第一个没有找到工作的毕业生。
1700921771
1700921772
那时的爱因斯坦是一个相当叛逆的年轻人，喜欢挑战权威，而且还恃才傲物。爱因斯坦常常对讲课不好的老师（也就是联邦工学院的所有老师）表示不屑，还总是逃课，这让所有的教授都很讨厌他。举个例子，物理系主任韦伯曾当众斥责他：“你最大的缺点就是从不听别人的意见。”此外，还有一个数学教授闵可夫斯基甚至在一封给别人的信里大骂他是“懒狗”。所以在爱因斯坦毕业的时候，没有一位教授愿意雇他做自己的助教。比如韦伯教授，为了不给爱因斯坦工作机会，甚至雇了两个工程系的毕业生。
1700921773
1700921774
毕业后整整一年半的时间，爱因斯坦都找不到正式的工作，只能靠给别人做家教来勉强维持生计。在此期间，他恨不得给全欧洲的自然科学教授（无论数学、物理、化学）都写了求职信，结果全部石沉大海。举个例子，爱因斯坦给德国莱比锡大学的化学教授奥斯特瓦尔德写了一封信，信里哀求道：“您是否需要一位数学物理学者做您的助手？我一贫如洗，只有这样的一个职位才能使我继续进行自己的研究。”两星期后，他借口说“我忘了上封信是否附上了我的地址”，又寄出了第二封信。最后，就连爱因斯坦的爸爸都偷偷地给奥斯特瓦尔德写了封信，悲苦地请求他帮爱因斯坦谋求一个助教的职位。结果三封信都没有得到任何回音。讽刺的是，在九年之后，正是这位冷酷无情的奥斯特瓦尔德教授第一个站出来，提名爱因斯坦去评选当年的诺贝尔物理学奖。后来，爱因斯坦给自己的同学格罗斯曼写信诉苦，信中自嘲道：“上帝创造了蠢驴，还给了它一张厚皮呢。”
1700921775
1700921776
最后还是老同学格罗斯曼救了爱因斯坦一命。他通过自己父亲的关系，让爱因斯坦走后门得到了一份伯尔尼专利局的工作。后面的事应该就有不少人知道了。1905年，爱因斯坦一口气发表了五篇划时代的论文，在量子论、原子论和狭义相对论三大领域都取得了革命性的突破，从而缔造了著名的物理学奇迹年。在学术界圣地屹立了超过两百年的牛顿力学大厦，也因此而被颠覆。
1700921777
1700921778
在取得了这么伟大的成就之后，爱因斯坦是不是就苦尽甘来，从此走上人生巅峰了呢？完全不是。当时除了极少数的专家，根本就没人搭理他，所以他还是只能待在专利局里继续做他的技术员。1908年初，苏黎世的一所高中在报纸上刊登广告，打算招聘一名“数学教师”。爱因斯坦心动了，向那所高中提交了申请，宣称自己也可以教物理。结果一共21个人申请，爱因斯坦在初选的时候就被刷掉了。
1700921779
1700921780
1700921781
1700921782
1700921783
可能有小朋友要问了：“爱因斯坦为什么会这么倒霉，在缔造了物理学奇迹年以后依然没能变成科学界的超级明星呢？”答案是，在那个时候，爱因斯坦并没有做出他一生中最大的贡献。到1915年，爱因斯坦才提出他一生中最伟大的理论，那就是被誉为科学史上最美理论的广义相对论。
1700921784
1700921785
很多人一听广义相对论就觉得特别可怕，好像只有科学家才能搞懂。但其实只要给它换一个名字，马上就会变得好懂很多。大家可以把广义相对论理解成爱因斯坦引力理论。
1700921786
1700921787
小朋友们来跟我一起做一个思想实验。想象有一张很大的弹簧床垫。一般来说，一个小玻璃球在平坦的床垫上滚动的时候，都会走直线。现在把一个巨大的铁球放在床垫上，它立刻会让床垫陷下去。很容易想象，如果此时在这个大铁球的旁边还有一个小玻璃球，它的运动轨迹立刻会发生改变。如果玻璃球最初的运动速度足够大，它还可以逃离这个被铁球压弯的区域；如果最初的运动速度比较小，它就会沿着被压弯了的床垫撞上大铁球。好了，现在把床垫想象成空间，把铁球想象成太阳，爱因斯坦发现，由于太阳的存在而造成的空间弯曲，恰好就等价于把一切物体拉向太阳的万有引力。空间弯曲等同于万有引力，这就是广义相对论最核心的概念。所以大家可以把广义相对论理解成升级版的牛顿引力，也就是我们刚才说过的爱因斯坦引力理论。
1700921788
1700921789
1700921790
1700921791
1700921792
爱因斯坦提出广义相对论后，马上就用它来研究整个宇宙。结果不研究不要紧，一研究就出了巨大的问题。我们来说说到底是怎么回事。小朋友们都知道，由于地球的万有引力，各种抛到天上去的物体最终都会落回地面。
1700921793
1700921794
要想使这些物体不落回来，无外乎有两种办法：第一，让物体以很高的速度往外跑，比如人造卫星；第二，让物体受到与地球引力方向相反的力，比如热气球。现在，把这个观察推广到整个宇宙。爱因斯坦发现，由于引力的作用，整个宇宙最终都会塌缩成一团。要真是这样的话，地球肯定会被挤扁。类似地，要想阻止宇宙的塌缩，也只有两个办法：（1）让整个宇宙都以很大的速度向外膨胀；（2）让宇宙中存在一种能产生斥力的物质，从而与引力相抗衡。
1700921795
1700921796
1700921797
1700921798
1700921799
我们在第二讲里讲过，在爱因斯坦提出广义相对论的年代，人们普遍认为银河系就是整个宇宙的全部。很明显，银河系不会膨胀，所以爱因斯坦就认为第一种办法是不可行的。因此，他修改了自己的广义相对论，在其中加了一个宇宙常数项。这一项的作用是产生斥力，而且这个斥力的大小完全取决于宇宙常数的大小。通过调节宇宙常数的值，可以使它产生的斥力恰好等于宇宙中所有物质产生的引力，从而使整个宇宙保持静止。
1700921800
1700921801
但我们也讲过，到了20世纪30年代初，美国天文学家哈勃利用造父变星的标准烛光发现整个宇宙其实在膨胀。这个发现对爱因斯坦来说可谓是五雷轰顶。既然宇宙本身在膨胀，那他引入宇宙常数的举动就变得完全多余了。更要命的是，如果当年不引入那个宇宙常数，爱因斯坦本来有机会能预言出整个宇宙都在膨胀！你想想，在一个小小行星的一个小小角落，一个人完全凭借自己的思考就能够知道整个宇宙如何演化，这是一个多么伟大的成就啊！可惜由于选错了路，爱因斯坦失去了这个大好机会。爱因斯坦对此后悔了一辈子，以至于他后来都快成了“祥林嫂”，见了谁都要唠叨，说引入宇宙常数是他一生中最大的错误。
1700921802
1700921803
但现实往往比最离奇的想象还要离奇。在最近的二十年间，这个故事又发生了巨大的反转。
1700921804
1700921805
1998年，利用一种叫Ia型超新星的标准烛光，两个美国的研究小组又发现了一件让所有人都目瞪口呆的事：我们的宇宙不但在膨胀，而且还是在加速膨胀。也就是说，宇宙膨胀的速度正越来越快。这是一个非常伟大的发现，它的意义一点都不比哈勃发现宇宙膨胀小。由于这个发现，索尔·佩尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯获得了2011年的诺贝尔物理学奖。
1700921806
1700921807
这听起来有点复杂，是吧？没关系，我来给你们解释一下。要想使热气球升空的速度越来越快，必须使热气球受到的向上的升力大于地球对它的引力。类似地，要想让宇宙能够加速膨胀，必须使宇宙中的斥力大于其中的引力。这就意味着，那个已经被爱因斯坦抛弃的宇宙常数竟然又复活了。只不过这回需要把它的值调得比较大，从而让它产生的斥力能超过宇宙中所有物质产生的引力。也就是说，爱因斯坦引入的那个宇宙常数，其实是21世纪的物理学碰巧出现在了20世纪！换言之，所谓的“爱因斯坦一生中最大的错误”，不但不是广义相对论的污点，反而是这顶科学皇冠上最璀璨的钻石！
1700921808
1700921809
现在学术界已经普遍接受，在宇宙中存在着一种非常神秘的物质，叫暗能量；它的作用，就是为宇宙当前的加速膨胀提供斥力。科学家已经提出了很多关于暗能量的理论，其中最有名的就是刚才给大家介绍过的爱因斯坦的宇宙常数模型。也就是说，宇宙常数与暗能量并不等价，它只是暗能量的候选者之一。