大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭(zhēng),爆炸產(chǎn)生的動(dòng)力是一種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠(yuǎn)離；天體間又存在萬有引力,它會(huì)阻止天體遠(yuǎn)離,甚至力圖使其互相靠近.引力的大小與天體的質(zhì)量有關(guān),因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會(huì)停止膨脹并反過來收縮變小,這完全取決于宇宙中物質(zhì)密度的大小.
理論上存在某種臨界密度.如果宇宙中物質(zhì)的平均密度小于臨界密度,宇宙就會(huì)一直膨脹下去,稱為開宇宙；要是物質(zhì)的平均密度大于臨界密度,膨脹過程遲早會(huì)停下來,并隨之出現(xiàn)收縮,稱為閉宇宙.
問題似乎變得很簡(jiǎn)單,但實(shí)則不然.理論計(jì)算得出的臨界密度為5×10－30克/厘米3.但要測(cè)定宇宙中物質(zhì)平均密度就不那么容易了.星系間存在廣袤的星系間空間,如果把目前所觀測(cè)到的全部發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量平攤到整個(gè)宇宙空間,那么,平均密度就只有2×10－31克/厘米3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述臨界密度.
然而,種種證據(jù)表明,宇宙中還存在著尚未觀測(cè)到的所謂的暗物質(zhì),其數(shù)量可能遠(yuǎn)超過可見物質(zhì),這給平均密度的測(cè)定帶來了很大的不確定因素.因此,宇宙的平均密度是否真的小于臨界密度仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題.不過,就目前來看,開宇宙的可能性大一些.
恒星演化到晚期,會(huì)把一部分物質(zhì)（氣體）拋入星際空間,而這些氣體又可用來形成下一代恒星.這一過程會(huì)使氣體越耗越少,以致最后再?zèng)]有新的恒星可以形成.1014年后,所有恒星都會(huì)失去光輝,宇宙也就變暗.同時(shí),恒星還會(huì)因相互作用不斷從星系逸出,星系則因損失能量而收縮,結(jié)果使中心部分生成黑洞,并通過吞食經(jīng)過其附近的恒星而長(zhǎng)大.
1017～1018年后,對(duì)于一個(gè)星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,這時(shí),組成恒星的質(zhì)子不再穩(wěn)定.當(dāng)宇宙到1024歲時(shí),質(zhì)子開始衰變?yōu)楣庾雍透鞣N輕子.1032歲時(shí),這個(gè)衰變過程進(jìn)行完畢,宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞.
10100年后,通過蒸發(fā)作用,有能量的粒子會(huì)從巨大的黑洞中逸出,并最終完全消失,宇宙將歸于一片黑暗.這也許就是開宇宙末日到來時(shí)的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著.
閉宇宙的結(jié)局又會(huì)怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結(jié)束時(shí)間的早晚取決于宇宙平均密度的大小.如果假設(shè)平均密度是臨界密度的2倍,那么根據(jù)一種簡(jiǎn)單的理論模型,經(jīng)過400～500億年后,當(dāng)宇宙半徑擴(kuò)大到目前的2倍左右時(shí),引力開始占上風(fēng),膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮.
以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結(jié)束后再倒放一樣,大爆炸后宇宙中所發(fā)生的一切重大變化將會(huì)反演.收縮幾百億年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態(tài),不過,原來星系遠(yuǎn)離地球的退行運(yùn)動(dòng)將代之以向地球接近的運(yùn)動(dòng).再過幾十億年,宇宙背景輻射會(huì)上升到400開,并繼續(xù)上升,于是,宇宙變得非常熾熱而又稠密,收縮也越來越快.
在坍縮過程中,星系會(huì)彼此并合,恒星間碰撞頻繁.一旦宇宙溫度上升到4000開,電子就從原子中游離出來；溫度達(dá)到幾百萬度時(shí),所有中子和質(zhì)子從原子核中掙脫出來.很快,宇宙進(jìn)入“大暴縮”階段,一切物質(zhì)和輻射極其迅速地被吞進(jìn)一個(gè)密度無限高、空間無限小的區(qū)域,回復(fù)到大爆炸發(fā)生時(shí)的狀態(tài)