跟真空能量的想法是一样的，都是指真空本身就有的能量。问题不在
于“真空能量的概念有根据吗？”，而应该是“我们觉得真空能量的值应
该有多大”。
现代量子力学表明，真空不是个了无生趣的地方，而是存在虚粒子
的。量子力学有个重要结果，就是维尔纳·海森伯（Werner Heisenberg）
的不确定性原理：任意系统的可观测特征都不可能以完美精度固定到一
个独一无二的状态，这个原理对真空状态也同样有效。所以，如果我们
对真空观察得足够真切，就会看到粒子倏忽明灭，代表着真空本身的量
子涨落。这些虚粒子没有多神秘，也不是出自想象，而是确实就在那
里，对粒子物理也有可测量的效应，已经观测到很多次了。
虚粒子带有能量，这些能量对宇宙学常数亦有贡献。我们可以把所
有这些粒子的效应都加起来，好估算出宇宙学常数应该有多大。但是如
果把那些有很高能量的粒子的效应也包括进来，可能就不大对了。我们
并不认为，对粒子物理的传统理解对非常高能的事件也够用——某些时
候我们必须考虑到量子引力的影响。这是广义相对论与量子力学相结合
的理论，目前还并不完备。
所以不必乞灵于正确的量子引力理论，反正我们现在也没有；我们
可以只考察在量子引力会有重要影响的能量值以下的能量对虚粒子真空
能量的贡献。这个门槛就是普朗克能量，以量子理论先驱之一德国物理
学家马克斯·普朗克（Max Planck）命名；数值则是20亿焦耳（焦耳是个
传统的能量单位）[54]。我们可以将能量从零到普朗克能量这个范围的
虚粒子对真空能量的贡献都加起来，然后双手合十，将结果跟我们实际
观测到的相比较。
结果是一塌糊涂。对于真空能量应该有多少，我们的简单估计是约
为10105焦耳/厘米3。但我们实际观测到的约为10-15焦耳/厘米3。也就是
说，我们的估计值比实验值大了10120倍——1后面跟着120个0。这可没
办法归咎于实验误差。人们管这叫所有科学领域中理论预期与实验现实
之间的最大分歧。作为比较你们可以感受一下，整个可观测宇宙所有粒
子的总数仅为1088左右，而全世界所有海滩上的沙粒总数也只有1020的
样子。
真空能量的实际值比理论值小得多，这是个很严肃的问题：“宇宙
学常数问题”。不过这里还有另一个问题：“巧合问题”。请记住，尽管
宇宙在膨胀，物质在逐渐稀释，真空能量却保持着恒定的密度（每立方
厘米的能量总值始终一样）。今天这两个密度的差别不是那么大：物质
组成了宇宙能量的25%左右，真空能量则组成了剩下的75%。但物质密
度会随着宇宙膨胀下降，而真空能量保持不变，因此两者的比例正在发
生明显变化。例如在复合时期，物质能量密度是真空能量的10亿倍。因
此，今天两者有点儿旗鼓相当的架势，在宇宙历史上是独一无二的，看
起来似乎真的是个非同寻常的巧合。也没有人知道为什么会这样。
这些都是我们要在理论上理解真空能量需要面对的重大问题。但如
果我们撇开这些问题，不去管为什么真空能量这么小，为什么其密度跟
物质能量的密度有可比性，那我们就会剩下一个现象学模型，在数据拟
合方面可以取得不俗的成绩。（就好像卡诺和克劳修斯并不需要知道原
子，就能说明白熵在哪些方面有用，我们也不需要了解真空能量的来
源，就能理解真空能量对宇宙膨胀起到了什么作用。）暗能量最早的直
接证据来自1998年对超新星爆炸的观测，但从那时起，有各种各样的方
法都独立证实了基本图景。要么就是宇宙正在真空能量的些微影响之下
不断加速，要么就是有什么更戏剧化、更神秘的事情在发生。
最深远的未来
就我们所知，真空能量的密度不会随着宇宙膨胀而变化。（也许有
非常缓慢的变化而我们只是还没有能力测出来——这是现代宇宙学观测
的重要目标之一。）对真空能量我们知道得还不够多，无法确切地说在
无限的未来会发生什么，但显而易见的第一猜测是，真空能量会永远保
持当前数值。
如果真是这样，真空能量会留在这里，那么要预测我们宇宙不论多
么遥远的未来就都很直接了。细节会以很有意思的方式变得很复杂，但
要做个概述还是相对简单[55]。宇宙会持续膨胀、冷却，也变得越来越
稀疏。遥远的星系会加速远离我们，随着它们远走高飞，红移也会变得
越来越厉害。最终它们会从我们的视野中淡出，因为能抵达我们的光子
之间的时间间隔会变得越来越长。整个可观测宇宙会只剩下我们这个万
有引力束缚下的本星系群。
星系不会永远存在。星系中的恒星会燃尽核燃料，然后熄灭。残存
的气体和尘埃中可以形成更多恒星，但是在达到一个入不敷出的折返点
之后，星系中所有恒星就会全都熄灭。我们剩下的是白矮星（燃烧过并
耗尽了燃料的恒星）、褐矮星（那些没有燃烧过的恒星）以及中子星
（之前是白矮星，但后来因为重力而坍缩了）。这些天体自身可能稳定
也可能不稳定；目前我们最好的理论猜测是，组成这些天体的质子和中
子本身就不是绝对稳定的，最终会衰变为更轻的粒子。如果真的是这样
（其实吧，我们也不知道），各种各样的已熄灭恒星最终就都会烟消云
散，变成粒子组成的稀薄气体，消散在虚空中。这个过程不会很快，有
个合理估算是从现在算起1040年。你可以比较一下，当前宇宙的年龄大
约是1010年。
除了恒星还有黑洞。大部分大型星系，包括我们的银河系，在其中
心都有巨大的黑洞。在银河系这种规模的星系中，有大约1000亿颗恒
星，黑洞质量大约是太阳质量的几百万倍——跟随便哪颗恒星相比都非
常大，但跟整个星系比起来还是挺小。但是黑洞会持续增长，任何不幸
落入黑洞的恒星，都会被它打扫干净，而最后所有的恒星都会用尽。到
了这时候，黑洞自己会开始蒸发，变成基本粒子。这是史蒂芬·霍金
（Stephen Hawking）于1976年做出的重大发现，我们会在本书第12章
《黑洞：时间的终结》中详细讨论。仍然因为量子涨落，黑洞不得不逐
渐向周围的空间发出辐射，在这过程中慢慢失去能量。如果我们等的时
间够长——现在我们说的可是10100年左右——就算是星系中心的超大质
量黑洞也会蒸发干净，毛都不剩。
无论细节如何展开，我们剩下的长期图景都是一样的。别的星系会
远离我们，消失不见；我们自己的星系会演化经历不同阶段，最后结果
是变成稀薄的粒子烟雾，消散在虚空中。在非常遥远的未来，宇宙又一
次变成了非常简单的所在：这个宇宙会完全是空的，空间能有多空就有
多空。这跟宇宙发端时的炎热、致密状态相比，就是正好完全相反的对
立面。这是时间之箭在宇宙学领域的生动展现。
宇宙的熵
理论物理学家已经花了相当多的脑细胞思考为什么宇宙以这种特别
方式而非其他方式演化这个问题。当然也很有可能，这个问题就是没有
答案；很可能宇宙就是这个样子，而我们最多也就只能接受它。但我们
还是并非毫无理由地希望，我们能比只是接受它更进一步——我们能解
释它。
如果物理学定律的知识是完美的，那么“为什么宇宙以这种方式演
化”的问题就等于“为什么宇宙的初始条件要安排成这个样子”。但后一
种阐述已经偷偷夹带了时间不对称的隐含概念，认为过去的状况比将来
的状况更特殊。如果我们关于基本的、微观的定律理解正确，那我们就
能具体说明任意时刻的宇宙状态，并由此出发同时推导出过去和将来。
什么才算是宇宙作为整体的自然历史？将我们的任务描述为弄懂这个问
题要好得多[56]。
宇宙学家低估了时间之箭的重要性这一事实包含有几分讽刺，因为
时间之箭可以说是关于宇宙演化唯一最明显的事实。玻尔兹曼能（正确
地）论证过去需要低熵边界条件，尽管他对广义相对论和量子力学全都
一无所知，甚至都完全不知道还存在别的星系。严肃对待熵的问题能帮
助我们以新的眼光看待宇宙学，还兴许能对长期令人头痛的难题提出一
些解决办法。
但首先，我们最好说清楚，我们说的“宇宙的熵”究竟是什么意思。
