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毋庸置疑，宇宙終將消亡。其中最廣為接受的世界末日模擬情景之一是宇宙膨脹，并且因宇宙熱寂，宇宙中能量與物質(zhì)的退降量將隨之增加，直到我們所知的宇宙物質(zhì)全都消亡。但，當(dāng)末日來臨，生命究竟會(huì)呈現(xiàn)何種樣子？該問題一經(jīng)問出，便引發(fā)了許多關(guān)于宇宙及生命本身的思考。 10. 看不到星星 1500億年后，地球上的夜空將會(huì)與現(xiàn)在不同。隨著宇宙熱寂（即宇宙冷卻）加快，太空的膨脹速度將超越光速。眾所周知，光速是宇宙中天體移動(dòng)速度極限。然而，這也同樣適用于太空中的物質(zhì)，而并非時(shí)空本身的組成元素。這是一種使人們感到困惑且難以理解的概念。但時(shí)空的組織元素，其膨脹速度已經(jīng)快于光速，而在遙遠(yuǎn)的未來，它將會(huì)產(chǎn)生前所未有的影響。 因?yàn)樘兆陨淼呐蛎浰俣瓤煊诠馑伲钪嬉暯绮诺靡源嬖?。為了觀察并記錄任何越過視界的物質(zhì)，我們需要有能力檢測(cè)和記錄移動(dòng)速度超過光速的粒子。但事實(shí)上，這種粒子并不存在，一旦物質(zhì)越過我們的視界，我們就無法看到了。任何與遙遠(yuǎn)星系的聯(lián)系及相互作用的嘗試，都要求我們擁有（能使自身）快于太空膨脹速度的科技。如今，只有極少的天體處在我們的視界之外。但由于暗能量促使時(shí)空膨脹加速，未來所有的物質(zhì)都將會(huì)脫離我們的觀測(cè)范圍。 那這對(duì)于地球而言又意味著什么呢？試想一下，你在1500億年后抬頭仰望夜空。唯一能看到的只不過是仍處于我們視界范圍的寥寥數(shù)星。而最終，甚至這寥寥數(shù)星也將消失。夜空將變得空白一片。未來的天文學(xué)家將無法證明宇宙中有另外的天體存在。我們現(xiàn)在能看到的所有星星及星云，在未來將全然超出望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)范圍。而就算我們能看得到，大概也只是我們所處的太陽(yáng)系僅存的星體吧。 9. 太陽(yáng)變成黑矮星 如今，我們宇宙中存在著許許多多不同類型的恒星。紅矮星是表面溫度較低、且發(fā)出紅光的恒星，是最普通的恒星之一。與其有語(yǔ)義聯(lián)系的另外一種名為白矮星的恒星也同樣存在于宇宙中。這是恒星死亡后的星體遺核，由簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)借以量子效應(yīng)（quantum effects）構(gòu)成?，F(xiàn)如今，天文學(xué)家認(rèn)為白矮星有著基本上無限長(zhǎng)的壽命。宇宙存在的時(shí)間不足以讓白矮星消亡。但如果時(shí)間充足，它們便會(huì)死亡并演變成名叫黑矮星的奇異星。 我們的太陽(yáng)目前正處于這一演化過程。在遙遠(yuǎn)的未來，太陽(yáng)的外層將逐步褪去，演變成一顆白矮星，之后數(shù)十億年都將保持這種狀態(tài)。隨著宇宙活動(dòng)逐漸減少，由太陽(yáng)演化而來的這顆白矮星將開始冷卻。10100年過后，它將持續(xù)冷卻，直到表面溫度等同于宇宙微波背景輻射（the background microwave radiation），即絕對(duì)零度（約為-273.15度）以上幾開爾文攝氏度。 到那時(shí)，它會(huì)演化為一顆黑矮星。這種天體表面溫度極低，因此人類肉眼不可見。如此一來，曾經(jīng)給我們帶來生命的太陽(yáng)將無法通過光學(xué)系統(tǒng)偵測(cè)到。由此，人們不得不依賴于重力偵測(cè)方法來實(shí)現(xiàn)這一目的。我們目前在夜空中看到的大多數(shù)恒星在未來會(huì)演變?yōu)楹诎?，而?duì)于太陽(yáng)將變成又黑又冷的恒星，這只是個(gè)人理解罷了。 8. 奇怪的天體 等到太陽(yáng)成為一顆黑矮星，恒星演化也將結(jié)束。再不會(huì)有新的恒星形成，而且宇宙中將布滿恒星的遺核。而宇宙開始發(fā)展一些奇怪的天體，這些天體與我們已知的那些大不相同。 其中之一便是凍星（frozen star）。隨著宇宙中恒星的核燃料耗盡，恒星的金屬豐度將有所增加。在天文學(xué)中，金屬豐度就是恒星中所有重于氦元素的元素含量。（一般來說，從鋰元素開始）。若是恒星中金屬豐度越大，恒星表面溫度會(huì)變得越低，因?yàn)樵诤司圩冎性街氐脑?，釋放出的能量越少。最終，恒星表面溫度將低至273開爾文攝氏度，相當(dāng)于水的冰點(diǎn)。 在更遠(yuǎn)的未來，宇宙中將有一個(gè)更為奇怪的天體出現(xiàn)。未來大約101500年后，熱寂將一直持續(xù)，從本質(zhì)上而言宇宙將終結(jié)。在這一冷卻期，量子效應(yīng)將主宰整個(gè)宇宙。 那時(shí)候，量子遂穿將開始使輕元素（light elements）融合成一種不穩(wěn)定的鐵形態(tài)。然后，又會(huì)衰變成為一種更穩(wěn)定的同位素，釋放出大量微弱的能量。這種所謂的鐵行星將會(huì)是冷卻期可能存在的唯一天體形態(tài)，但是這只是種模擬假想。而天文學(xué)家們認(rèn)為質(zhì)子并不會(huì)衰變，所以有關(guān)鐵星的這一假想并非主流觀念。 7. 所有核子衰變 從宇宙大爆炸之后1015年快進(jìn)至1034年，若人類在之前的宇宙大爆炸中沒有滅絕，我們也絕不會(huì)在之后這一紀(jì)元中幸存下來。如前文所述，天文學(xué)家們一直在爭(zhēng)論質(zhì)子是否會(huì)在宇宙終結(jié)時(shí)發(fā)生衰變，而且并未達(dá)成一致意見。從這一出發(fā)點(diǎn)，我們將遵循這個(gè)模擬假想。 核子又稱粒子，是原子核中的質(zhì)子也是其中的中子的總稱。據(jù)了解，自由核子有大約10分鐘的半衰期。但質(zhì)子的穩(wěn)定性卻十分驚人。從未有人發(fā)現(xiàn)任何能顯示質(zhì)子會(huì)衰變的證據(jù)。但也許這將在宇宙終結(jié)時(shí)發(fā)生改變。 物理學(xué)家曾提出，一個(gè)質(zhì)子有1037年的半衰期。而我們未能觀察到質(zhì)子衰變僅僅是因?yàn)橛钪娲嬖跁r(shí)間還不夠長(zhǎng)。到了簡(jiǎn)并態(tài)紀(jì)元（the Degenerate Era）（1034 年到 1040），質(zhì)子最終將衰變成正電子和介子，而在堅(jiān)冰態(tài)紀(jì)元末期，宇宙中的所有質(zhì)子和中子都將消亡。 這對(duì)宇宙中的生命有明顯的影響。假定人類已經(jīng)安然度過了太陽(yáng)演化成黑矮星這一時(shí)期，并也已移居到了宇宙中更具生命力的某處，但關(guān)鍵在于，根據(jù)物理定律，人類注定要死去。我們的軀體以及所有的星際天體都是由核子構(gòu)成的，一旦這些都衰變了，我們體內(nèi)最重要的原子也就不會(huì)繼續(xù)存在，隨后我們所知的所有生命都將會(huì)終結(jié)。生命不能在這一時(shí)期幸存，宇宙也將從而跳入黑洞紀(jì)元。 6. 黑洞主宰宇宙 當(dāng)核子衰變結(jié)束時(shí)，黑洞最終將在宇宙大爆炸后1034年到10100年這期間主宰宇宙。針對(duì)這一問題，我們所提及的時(shí)間太久了，我們的思維是不可能顧及如此久的時(shí)間的。但對(duì)于一段迄今為止比宇宙存在時(shí)間還要長(zhǎng)的時(shí)期，能談及的唯有黑洞。 隨著核子衰亡，主要的次原子粒子將演化為輕子，如電子及正電子。這些物質(zhì)將為黑洞供以燃料。因?yàn)楹诙聪牡氖怯钪嬷械氖Ｓ辔镔|(zhì)，它們將自行放射出粒子，而這些粒子將為宇宙重新帶來光子及假想引力子。然而，斯蒂芬·霍金（Steven Hawking）證實(shí)，即便是黑洞，也終將消亡。 霍金認(rèn)為，黑洞會(huì)因自身的粒子放射而逐漸消逝。如若黑洞持續(xù)放射，它們將會(huì)損耗大量能量。這一過程會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)一段時(shí)間，這也是我們對(duì)這個(gè)過程如此陌生的原因。黑洞完全消亡需要長(zhǎng)達(dá)1060年之久，因而這一消亡過程將不會(huì)出現(xiàn)在宇宙的整個(gè)生命時(shí)期里。但最終，就算是黑洞也會(huì)消亡。而之后所留下的僅有的遺核將會(huì)是種種質(zhì)量為零的粒子以及一小部分分散的輕子。這些遺核會(huì)在開始慢慢耗損自身能量時(shí)相互作用。 5. 一種新的原子形態(tài) 我們的宇宙演變成少數(shù)散落的亞原子粒子后，似乎就再也沒什么可說的了。但在這個(gè)最不可能的地方，生命可能仍會(huì)出現(xiàn)。 多年來，粒子研究者一直在討論正電子素，一種正電子與電子的類原子鍵合。正電子與電子這兩種粒子彼此間具有異性電荷（opposite charge）（正電子是電子的反粒子）。這也就意味著當(dāng)這兩種粒子朝彼此移動(dòng)時(shí)，它們將受到電磁吸引。而一旦這兩種粒子開始相互作用，它們便能夠沿原始的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道移動(dòng)，并且其表現(xiàn)形式也與我們所知的原子相一致。 因?yàn)檎娮铀睾苁窍∮?，現(xiàn)在并沒有正電子素演化過程的完整模型。但這種稀奇的原子確實(shí)引發(fā)了一些有趣的事情。首先，它們能夠在極大的環(huán)繞軌道內(nèi)共存，即使之間的距離跨越星際。而且無論相隔多遠(yuǎn)，一旦這兩種粒子開始相互作用，最終成對(duì)。 在黑洞紀(jì)元時(shí)期，這種“原子”中有一些的直徑跨距會(huì)比現(xiàn)今我們所能觀測(cè)得到的宇宙本身還要大。因?yàn)檎娮铀赜奢p粒子構(gòu)成，因此正電子素原子在經(jīng)歷了質(zhì)子衰變這一時(shí)期后仍會(huì)繼續(xù)存在，并且會(huì)在黑洞紀(jì)元中幸存。事實(shí)上，黑洞將通過輻射來創(chuàng)造正電子素原子。如若時(shí)間充足，正電子素原子終將衰亡，它們會(huì)隨著正電子—電子對(duì)之間越來越近，最終共同湮滅。但在此之前，宇宙將會(huì)以一種我們前所未見的方式創(chuàng)造出新生命。 4. 事物活動(dòng)極其緩慢，包括思維 黑洞紀(jì)元終結(jié)，甚至連星際巨星也一同消失于黑暗之中，之后會(huì)有一些物質(zhì)殘存在我們的宇宙中，其中以分散的亞原子粒子以及殘留的正電子素原子為主。一旦如此，宇宙中所有事物活動(dòng)將變得極慢，每一次動(dòng)作就持續(xù)數(shù)世紀(jì)。以弗里曼·戴森（Freeman Dyson）為首的一批理論物理學(xué)家認(rèn)為，這一時(shí)期將會(huì)再次出現(xiàn)生命。 如果有大量的時(shí)間，正電子素中將開始生物進(jìn)化。而之后出現(xiàn)的生命與我們已經(jīng)見過的大不一樣。比如，它們可能會(huì)很大，跨越星際。因?yàn)橛钪鎸⒉粫?huì)有許多殘留物存在，新出現(xiàn)的生命享有盡可能大的空間。但由于這些生命的形體極大，它們的思考速度也會(huì)慢于我們。事實(shí)上，對(duì)這些生命而言，光是形成單一的思維就要花上數(shù)萬億年。 這在我們看來似乎很瘋狂，但因?yàn)檫@些生物將生存于極長(zhǎng)的時(shí)間尺度中，思維對(duì)它們而言卻好像是瞬時(shí)的。如果這些生物在宇宙終結(jié)時(shí)得以進(jìn)化，它們也不會(huì)意識(shí)到思考變快了，正如你不會(huì)覺得思考要快于實(shí)際行動(dòng)一樣。對(duì)于處在宇宙終結(jié)時(shí)期的生命來說，“即時(shí)思考”是與冗長(zhǎng)的時(shí)間段相對(duì)而言的。不過，這些也只是以我們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)來衡量的。所有這些新生命將存活許久，它們將見證宇宙終結(jié)。即便如此，最終它們也還是會(huì)消亡。 3. 宏觀物理學(xué)不復(fù)存在 到了這一時(shí)期，宇宙將近乎達(dá)到最大熵的狀態(tài)，也就是說宇宙會(huì)成為一個(gè)統(tǒng)一的能量場(chǎng)，其內(nèi)有少數(shù)亞原子粒子存在。這種狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)在黑洞紀(jì)元之后——未來宇宙膨脹10100年之后。這時(shí)候，太空將擴(kuò)大許多，暗能量將變得極為強(qiáng)大，甚至是黑洞都無法繼續(xù)存在，并且宇宙也將不再存有任何的大型星際天體。 很難想象宇宙會(huì)變成這樣。宇宙膨脹在這時(shí)會(huì)非常明顯，構(gòu)成物質(zhì)的亞原子粒子將因宇宙膨脹而被推離彼此極遠(yuǎn)，他們的移動(dòng)速度不比光速快，彼此之間無法相互作用，因而我們所知的恒星將無法形成。而得以繼續(xù)存在的將會(huì)是少數(shù)離散的粒子，這些粒子將在空空如也的宇宙中四處飄浮，甚至不能相互作用構(gòu)成正電子素原子。 這就意味著我們已知的物理學(xué)將終結(jié)，未來可以應(yīng)用的物理模型便僅有量子力學(xué)（quantum mechanics）。在廣闊的的星際間距中，乃至冗長(zhǎng)的時(shí)間幀內(nèi)，量子效應(yīng)將會(huì)以某種與現(xiàn)今宇宙中我們所知的全然相反的方式繼續(xù)作用。最終，宇宙的整體溫度將會(huì)降至絕對(duì)零度，也就是說，再不會(huì)有能量轉(zhuǎn)化為功（work）。在一些模型中，太空膨脹會(huì)持續(xù)加速，直至最終時(shí)空分裂。到那時(shí)，我們的宇宙將不復(fù)存在。 2. 可能有條出路存在 到目前為止，與宇宙終結(jié)之旅相關(guān)的是一件又一件希望黯淡、令人沮喪的事。但如果物理學(xué)家們不樂觀一些，不幫助人類在末日來臨時(shí)幸存下來，或是不想辦法使我們的宇宙重獲生機(jī)的話，他們就什么也不是了。 在質(zhì)子衰變終結(jié)生命之前利用黑洞，是使我們避開宇宙最大熵時(shí)期最可行的方法。黑洞現(xiàn)在依舊巨大又神秘，并且像斯蒂芬·霍金（Steven Hawking）一樣的眾多理論物理學(xué)家們都曾提出利用這些巨大的天體來開發(fā)新宇宙。 現(xiàn)代理論表明，氣泡宇宙不斷彈離我們現(xiàn)在所處的宇宙，而去構(gòu)建另外的物質(zhì)豐富且具有生命存在可能性的全新的宇宙?；艚鹫J(rèn)為，黑洞中可能有通往新宇宙的通道。但有一個(gè)問題，一旦你穿越進(jìn)入黑洞，便無法全身而退，這在物理學(xué)方面廣為人知。所以，如果決定了要進(jìn)入黑洞，將有去無回。 為了能安全穿越黑洞事件視界（event horizon）（事件視界是從黑洞中發(fā)出的光所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，也就是黑洞最外層的邊界），首先人們應(yīng)找到一個(gè)足夠大的旋轉(zhuǎn)中的黑洞。（與普遍的看法相反，事實(shí)上，穿越大一些的黑洞要更為安全。）然后，未來的宇航員就有望在穿越黑洞的過程中毫發(fā)無損，安全到達(dá)另一邊，但他們將再不能與黑洞那邊的朋友們聯(lián)系，不能告知對(duì)方自己已經(jīng)成功的消息，每一次行程都會(huì)成為一種信心的飛躍。 還有個(gè)方法就是創(chuàng)造一個(gè)新宇宙等著我們。據(jù)Alan Guth所言，一個(gè)初形成的宇宙需要1089顆光子、1089顆正電子、1089顆中微子、1089顆反中微子、1079顆質(zhì)子以及1079顆中子才能開始運(yùn)作。這看似非常多，但合起來也不過就幾盎司的物質(zhì)而已。 這樣，未來人們就可以造出來一個(gè)偽真空——有膨脹可能的太空——通過一個(gè)超強(qiáng)引力場(chǎng)而運(yùn)作。因?yàn)橛钪娴某跏汲錃鈺?huì)在頃刻間完成，新的宇宙將會(huì)即刻膨脹，為人類創(chuàng)造一個(gè)新的居住地。而在遙遠(yuǎn)的未來，人類定會(huì)掌握制造這樣一種偽真空的技術(shù)，并隨之創(chuàng)造出自己的新宇宙。 1. 隨機(jī)的量子遂穿將重新來過 但是我們所遺留下的那個(gè)宇宙會(huì)如何呢？很長(zhǎng)一段時(shí)間過后，它將最終達(dá)到最大熵值，變得徹底無法居住。然而，即便是這個(gè)已無生機(jī)的宇宙，也存在生命重現(xiàn)的可能。量子力學(xué)的研究者了解到量子效應(yīng)，又稱量子遂穿（quantum tunneling），它是一種能量狀態(tài)。而這種有違經(jīng)典力學(xué)的能態(tài)只有亞原子粒子能夠達(dá)到。 比如經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)球是不能自己滾上山的，這種能量狀態(tài)是不可達(dá)到的。而經(jīng)典力學(xué)中，亞原子粒子也同樣不可能達(dá)到這一能態(tài)。但量子力學(xué)將其完全推翻了，有時(shí)候，粒子可以不受能量狀態(tài)的限制。 這個(gè)過程已在恒星中出現(xiàn)。但若是在宇宙終結(jié)時(shí)將其加以利用，就會(huì)發(fā)生一些奇怪的事。經(jīng)典力學(xué)中，粒子不能從高熵過渡到低熵狀態(tài)，但因?yàn)橛辛肆孔铀齑?，粒子不僅可以而且將會(huì)產(chǎn)生這種變化。心理學(xué)家Sean Carroll及Jennifer Chen曾提出，如果時(shí)間充足，量子遂穿會(huì)自發(fā)地降低已死宇宙中的熵值，引發(fā)一場(chǎng)新的宇宙大爆炸，以重新創(chuàng)造宇宙。千萬不要屏息等待，因?yàn)殪刂底园l(fā)降低的情況需耗時(shí)10101056年才會(huì)出現(xiàn)。 另外有個(gè)數(shù)學(xué)理論，可能會(huì)給我們一些新宇宙的希望。1890年，亨利·龐加萊（Henri Poincare）（法國(guó)數(shù)學(xué)家、天體力學(xué)家、數(shù)學(xué)物理學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家）提出了一個(gè)周期定理，認(rèn)為力學(xué)體系經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后可以回復(fù)到初始狀態(tài)附近。這一定理同樣適用于熱力學(xué)。隨機(jī)高熵宇宙中的熱波動(dòng)會(huì)使宇宙回復(fù)至其初始狀態(tài)，進(jìn)而一切重新開始。數(shù)世紀(jì)過后，我們的宇宙能夠自我重組，并且我們無法證明未來其中的生命就是源自我們已知的現(xiàn)有宇宙。
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