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13.3 第三種未來:遙遠的未來

現在,我們必須從上述思考轉向更遙遠的未來,我們人類不復存在的未來。一旦我們開始思考幾億年之後甚至幾十億年之後的未來,我們就得回到在宏大時間尺度演化的客體,回到地球,回到太陽系,甚至回到整個宇宙。在這些尺度上,大多數變化更緩慢,也更簡單,奇怪的是,這意味著我們可以再次更加自信地進行預測。事實上,與接下來幾個世紀的歷史相比,我們更有信心預測十分遙遠的未來發生的事件。

板塊構造是一個很好的例子。我們大致知道幾大主要板塊的活動方向和速度,也大致瞭解它們在過去幾億年的活動,因此,我們可以對 5000 萬年或 1 億年或 2 億年以內地球面貌做出一些合理預測。大西洋會擴大,太平洋會縮小,非洲會沿著東非大裂谷分開。根據一種預測,地球最後會在北極重新匯聚起來,從而形成一塊新的超級大陸,即美亞大陸(參見地圖 13.2)。

  

地圖 13.2 美亞大陸。

在 1 億年以內,地球各大陸可能會匯聚起來形成超級大陸,即美亞大陸

我們還可以就整個地球的未來做出預測,因為我們瞭解太陽之類的恆星的演化。或許在未來 30 億年到 40 億年,我們的太陽會耗盡它的燃料。太陽的外層會脫落,內核塌陷,然後開始燃燒氦,接著再次膨脹,轉變成一顆紅巨星,變得比現在大很多。在紅巨星階段,太陽外層會擴及地球軌道,地球將被吞沒。這意味著,地球以及仍然生活在地球上的一切有機體的終結。然後,太陽最後一次塌陷,形成一顆白矮星,開始慢慢冷卻下來,花費的時間比它十分活躍的 90 億年更長久。我們的太陽質量太小,不足以形成一個超新星。

當我們的太陽逐漸死亡時,我們的星系即銀河系將與臨近的仙女座星系發生碰撞(參見圖 13.7)。這次碰撞不會很激烈。幾乎沒有恆星會彼此接近,不過,它們的引力將會彎曲行星體系並且改變兩大星系的整體形狀,從而引起局部的混亂。那時,不會有人類觀察到這次碰撞;不過,或許存在幾百萬顆適合居住的行星,它們的居民會看到這次碰撞;其中一些可能是地球移民的後代。

圖 13.7 碰撞!

一位藝術家描繪的銀河系與仙女座星系的碰撞

整個宇宙又是怎樣的呢?奇怪的是,與人類社會相比,宇宙演化的方式簡單許多。宇宙學家由此獲得信心,覺得他們可以就宇宙的未來提供一些合理的信息。

我們前面已經討論過,大爆炸宇宙學假定了一個不斷擴張的宇宙。不過,宇宙學家一直都意識到一點,即促使宇宙分裂的力量與基本引力(傾向於將萬物聚合在一起)之間必定存在一種張力。長遠來看,哪一種力會獲勝呢?

20 世紀晚期,宇宙學家試圖解答這個問題,他們估算了宇宙擴張的速度以及宇宙中所有物質的全部牽引力。一種觀點認為,如果宇宙中存在足夠多的物質,那麼,引力會逐漸降低宇宙擴張的速度,直到它不再擴張,最終,宇宙開始收縮,這或許需要 2000 億年時間。崩潰的加速會加快,直到整個宇宙在大爆炸約 4000 億年之後再次被壓縮成微小的、高密度的能量/物質球。那時候,這個物質球的壓力再次促使它炸裂,從而創造一次新的大爆炸,或許也創造一個全新的宇宙(具有它自身的新的生命週期)。這種故事具有一些內在的令人滿意的內容。

不幸的是,大多數宇宙學家現在認為,這種關於宇宙未來的循環敘述是錯誤的。原因在於 20 世紀 90 年代晚期一項奇特的發現。那些為了估算宇宙擴張的速度(通過考察遙遠的超新星)而做出的努力表明,隨著時間推移,宇宙的擴張速度似乎並沒有變慢,反而在加快!這與大多數宇宙學家的預測背道而馳。對這種出乎意料的現象做出的各種解釋,大多數回到愛因斯坦曾經提出的一個觀點:有一種與引力相反的根本性力量,它傾向於分裂事物;它們認為,這種力來自太空本身,因此,隨著宇宙的擴張,它也變得更加強大。大約在我們的太陽和地球被創造出來之際,擴張力開始壓倒引力,擴張的速度逐漸加快。

這種現象對宇宙的未來意味著什麼呢?有一件事情似乎是顯而易見的。在十分遙遠的未來,距離現在無數億年的未來,宇宙開始變得越來越乏味(參見表 13.1)。星系之間的距離擴大,以至於觀察者看不到天空中有什麼天體,最終,每個星系本身似乎成為一個獨立的宇宙。不再有恆星形成,它們的數量逐漸減少,最後,所有恆星都消失。沒有恆星必然意味著沒有行星、沒有生物圈、沒有生命有機體。宇宙再次變得死寂,一切複雜的結構都會慢慢崩潰,一開始是生命有機體,然後是行星,再到恆星。金鳳花環境——在這種環境中,行星和生命有可能被創造出來——也消失不見。宇宙之中只有一團團化學元素,其中或許包括一堆堆鐵元素。在存在許多物質的地方,這些物質要麼形成黑洞,要麼被黑洞吞噬(黑洞會吞食日益空曠的宇宙中殘留下來的物質)。最後,無數年(順便提一下,無數年並不是一個專門術語,只是希望大家明白我們的意思)之後,甚至連黑洞也會洩漏能量,並且逐漸消失。宇宙變得越來越簡單,越來越大……

表 13.1 宇宙的遙遠未來的年表 

大爆炸以來的時間

 (單位:年)

 

 重大事件(對這些數字不能太較真!其中有很多猜測)

 

10 14

 

多數恆星已經死亡;宇宙的成分主要是冰冷的天體、黑矮星、中子星、死亡的行星/小行星以及恆星黑洞;倖存的物質在不斷擴展的宇宙中顯得很孤立。 

 

10 20

 

許多天體脫離了星系;剩下的天體塌縮到銀河黑洞之中。 

 

10 32

 

質子基本上發生了衰變,留下一個由能量、輕子(類似於電子的粒子)和黑洞構成的宇宙。 

 

10 66~10106

 

恆星黑洞和銀河黑洞消失。 

 

10 1500

 

通過量子「隧道」,殘存的物質轉變為鐵。 

 

10 1076

 

殘存的物質轉變為中子物質,再轉變成黑洞,黑洞最終消失。 

註:1014看似非常簡單,直到你想起它並不意味著 14×10,而是 10 的 14 次方,或者 100,000,000,000,000。最後一行中的數字更加巨大。它意味著 10 的 10 次方之後所得數字(即 10,000,000,000)的 76 次方。如果把結果敲打出來的話,肯定要佔用本書很多篇幅。這也解釋了為何我們在書中使用無數(gazillions)這個不科學的術語。我們想表達的是許多許多許多……年

資料來源於 Nikos Prantzos, Our Cosmic Future:Humanity』s Fate in the Universe, (Cambridge, UK:Cambridge University Press, 2000),263