13.3 第三种未来:遥远的未来

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现在,我们必须从上述思考转向更遥远的未来,我们人类不复存在的未来。一旦我们开始思考几亿年之后甚至几十亿年之后的未来,我们就得回到在宏大时间尺度演化的客体,回到地球,回到太阳系,甚至回到整个宇宙。在这些尺度上,大多数变化更缓慢,也更简单,奇怪的是,这意味着我们可以再次更加自信地进行预测。事实上,与接下来几个世纪的历史相比,我们更有信心预测十分遥远的未来发生的事件。

板块构造是一个很好的例子。我们大致知道几大主要板块的活动方向和速度,也大致了解它们在过去几亿年的活动,因此,我们可以对 5000 万年或 1 亿年或 2 亿年以内地球面貌做出一些合理预测。大西洋会扩大,太平洋会缩小,非洲会沿着东非大裂谷分开。根据一种预测,地球最后会在北极重新汇聚起来,从而形成一块新的超级大陆,即美亚大陆(参见地图 13.2)。

  

地图 13.2 美亚大陆。

在 1 亿年以内,地球各大陆可能会汇聚起来形成超级大陆,即美亚大陆

我们还可以就整个地球的未来做出预测,因为我们了解太阳之类的恒星的演化。或许在未来 30 亿年到 40 亿年,我们的太阳会耗尽它的燃料。太阳的外层会脱落,内核塌陷,然后开始燃烧氦,接着再次膨胀,转变成一颗红巨星,变得比现在大很多。在红巨星阶段,太阳外层会扩及地球轨道,地球将被吞没。这意味着,地球以及仍然生活在地球上的一切有机体的终结。然后,太阳最后一次塌陷,形成一颗白矮星,开始慢慢冷却下来,花费的时间比它十分活跃的 90 亿年更长久。我们的太阳质量太小,不足以形成一个超新星。

当我们的太阳逐渐死亡时,我们的星系即银河系将与临近的仙女座星系发生碰撞(参见图 13.7)。这次碰撞不会很激烈。几乎没有恒星会彼此接近,不过,它们的引力将会弯曲行星体系并且改变两大星系的整体形状,从而引起局部的混乱。那时,不会有人类观察到这次碰撞;不过,或许存在几百万颗适合居住的行星,它们的居民会看到这次碰撞;其中一些可能是地球移民的后代。

图 13.7 碰撞!

一位艺术家描绘的银河系与仙女座星系的碰撞

整个宇宙又是怎样的呢?奇怪的是,与人类社会相比,宇宙演化的方式简单许多。宇宙学家由此获得信心,觉得他们可以就宇宙的未来提供一些合理的信息。

我们前面已经讨论过,大爆炸宇宙学假定了一个不断扩张的宇宙。不过,宇宙学家一直都意识到一点,即促使宇宙分裂的力量与基本引力(倾向于将万物聚合在一起)之间必定存在一种张力。长远来看,哪一种力会获胜呢?

20 世纪晚期,宇宙学家试图解答这个问题,他们估算了宇宙扩张的速度以及宇宙中所有物质的全部牵引力。一种观点认为,如果宇宙中存在足够多的物质,那么,引力会逐渐降低宇宙扩张的速度,直到它不再扩张,最终,宇宙开始收缩,这或许需要 2000 亿年时间。崩溃的加速会加快,直到整个宇宙在大爆炸约 4000 亿年之后再次被压缩成微小的、高密度的能量/物质球。那时候,这个物质球的压力再次促使它炸裂,从而创造一次新的大爆炸,或许也创造一个全新的宇宙(具有它自身的新的生命周期)。这种故事具有一些内在的令人满意的内容。

不幸的是,大多数宇宙学家现在认为,这种关于宇宙未来的循环叙述是错误的。原因在于 20 世纪 90 年代晚期一项奇特的发现。那些为了估算宇宙扩张的速度(通过考察遥远的超新星)而做出的努力表明,随着时间推移,宇宙的扩张速度似乎并没有变慢,反而在加快!这与大多数宇宙学家的预测背道而驰。对这种出乎意料的现象做出的各种解释,大多数回到爱因斯坦曾经提出的一个观点:有一种与引力相反的根本性力量,它倾向于分裂事物;它们认为,这种力来自太空本身,因此,随着宇宙的扩张,它也变得更加强大。大约在我们的太阳和地球被创造出来之际,扩张力开始压倒引力,扩张的速度逐渐加快。

这种现象对宇宙的未来意味着什么呢?有一件事情似乎是显而易见的。在十分遥远的未来,距离现在无数亿年的未来,宇宙开始变得越来越乏味(参见表 13.1)。星系之间的距离扩大,以至于观察者看不到天空中有什么天体,最终,每个星系本身似乎成为一个独立的宇宙。不再有恒星形成,它们的数量逐渐减少,最后,所有恒星都消失。没有恒星必然意味着没有行星、没有生物圈、没有生命有机体。宇宙再次变得死寂,一切复杂的结构都会慢慢崩溃,一开始是生命有机体,然后是行星,再到恒星。金凤花环境——在这种环境中,行星和生命有可能被创造出来——也消失不见。宇宙之中只有一团团化学元素,其中或许包括一堆堆铁元素。在存在许多物质的地方,这些物质要么形成黑洞,要么被黑洞吞噬(黑洞会吞食日益空旷的宇宙中残留下来的物质)。最后,无数年(顺便提一下,无数年并不是一个专门术语,只是希望大家明白我们的意思)之后,甚至连黑洞也会泄漏能量,并且逐渐消失。宇宙变得越来越简单,越来越大……

表 13.1 宇宙的遥远未来的年表 

大爆炸以来的时间

 (单位:年)

 

 重大事件(对这些数字不能太较真!其中有很多猜测)

 

10 14

 

多数恒星已经死亡;宇宙的成分主要是冰冷的天体、黑矮星、中子星、死亡的行星/小行星以及恒星黑洞;幸存的物质在不断扩展的宇宙中显得很孤立。 

 

10 20

 

许多天体脱离了星系;剩下的天体塌缩到银河黑洞之中。 

 

10 32

 

质子基本上发生了衰变,留下一个由能量、轻子(类似于电子的粒子)和黑洞构成的宇宙。 

 

10 66~10106

 

恒星黑洞和银河黑洞消失。 

 

10 1500

 

通过量子“隧道”,残存的物质转变为铁。 

 

10 1076

 

残存的物质转变为中子物质,再转变成黑洞,黑洞最终消失。 

注:1014看似非常简单,直到你想起它并不意味着 14×10,而是 10 的 14 次方,或者 100,000,000,000,000。最后一行中的数字更加巨大。它意味着 10 的 10 次方之后所得数字(即 10,000,000,000)的 76 次方。如果把结果敲打出来的话,肯定要占用本书很多篇幅。这也解释了为何我们在书中使用无数(gazillions)这个不科学的术语。我们想表达的是许多许多许多……年

资料来源于 Nikos Prantzos, Our Cosmic Future:Humanity’s Fate in the Universe, (Cambridge, UK:Cambridge University Press, 2000),263