人类会不会终有一天从宇宙中彻底消失?如果会,决定这一结局的,究竟是一场偶然的灾难,还是早已写进物理规律的必然?
要回答这个问题,不妨先把视线从人类身上移开,看看宇宙本身。宇宙是否也有终点?在一切归于沉寂之前,会不会存在一件“最后发生的事”?
放在宇宙的漫长历史中,现在仍是一个充满活力的阶段:星系闪耀,恒星诞生,许多激动人心的事情正在发生。但终有一天,夜空会彻底变暗,曾经存在的一切都将陷入永恒的沉寂。
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那件“最后的事”确实存在,而且可能出乎很多人的意料。要看清它,我们得沿着时间一路走到宇宙尽头。
不过,在走向那么遥远的未来之前,先看看眼下。现代人大多活得焦虑,一睁眼想的是房贷能不能按时还上,35岁会不会被优化,下个月的绩效能否达标。
这些烦恼真实而具体,可一旦把尺度拉到宇宙层面,就会发现还有一些结局,不取决于任何人的努力,只取决于物理规律本身。
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故事要从最初讲起。大爆炸之后,年轻的宇宙温暖而黑暗,充满翻滚的高温氢气和氦气云。
宇宙万物形成的故事,在很大程度上就是这些气体如何被使用、最终流向何处的故事。大爆炸后不久,第一代恒星开始形成。
它们质量巨大,一生剧烈而短暂,在内部锻造出新元素,又在爆炸时把其中大部分抛回太空。
此后,无数恒星接连诞生,不断“提炼”宇宙中的气体,让物质循环往复。每一代恒星都会把大部分气体和新生成的元素交给下一代,宇宙由此变得越来越丰富,行星、岩石乃至生命所需的重元素也在这一轮轮循环中逐渐积累起来。
从这个意义上说,我们身体里的许多原子,都曾在古老恒星的内部经历过锻造。
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但并非所有气体都能回到宇宙中。每当新一代恒星形成,宇宙中就会多出更多红矮星。
红矮星燃烧得非常缓慢,寿命可达数万亿年,死亡时不会把气体归还宇宙,而是变成白矮星。于是,红矮星把越来越多的气体永久锁住。
另有一部分气体被封存在中子星和黑洞这类恒星遗骸中,可供形成新恒星的原料因此不断减少。
如今的宇宙仍是我们绝佳的家园,在未来数十亿年里依然如此。但宇宙中大部分气体其实已经被用掉或被锁住,在宇宙有史以来将会诞生的所有恒星中,超过90%已经出生。
换句话说,宇宙最热闹的造星时代已经过去了大半。而要抵达“最后一件事”,其他所有事情都必须先一一发生。
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接下来的几千亿年,仍将是一段精彩的时光,也是探索星系的好时机。但大型恒星和像太阳这样的恒星,会一步步走向死亡。
对人类而言,这意味着故乡的命运早已注定。太阳不会永远温和地照耀地球,它的变化会直接决定这颗蓝色星球还能维持多久的宜居状态。
很多人对太阳的结局有个误解,以为要等到大约50亿年后,太阳膨胀成红巨星、吞没地球,人类才需要担心。实际上,太阳在漫长的演化中会逐渐变亮。
根本不必等到红巨星阶段,只需大约10亿年,地球接收到的热量就会突破临界点,届时这里将不再是蓝色星球,而是一块干枯、滚烫、死寂的石头。
如果人类想延续下去,就必须在那之前离开地球,去寻找新的家园。可即便成功迁徙,等待在更远处的,依旧是整个宇宙的衰老。
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最终,宇宙中几乎所有恒星都将是缓慢走向终结的红矮星。它们暗淡、长寿,却也在一点点耗尽燃料。
不过,这还远远不是终点,真正的漫长衰退才刚刚开始。
再过几万亿年,宇宙中的气体将最终耗尽,不会再有新恒星诞生。届时,每个星系约88%的质量将由白矮星构成,约2%是中子星和黑洞,另外约10%是气态巨行星,以及那些未能成为恒星的褐矮星。曾经璀璨的星系,将变成一座座由恒星遗骸组成的巨大墓园。
根据物理学家的推算,大约在100万亿年,也就是10的14次方年之后,宇宙将进入所谓的“退化纪”。这个名字很直白:发光的恒星几乎都已熄灭,宇宙的主角变成了那些依靠“简并”物质状态支撑自身的致密天体。而白矮星,就是这个时代最重要的成员。
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白矮星是古老恒星留下的遗骸,体积并不比地球大多少,平均质量却约为太阳的一半,有些甚至远高于此。这让它们成为宇宙中密度第三高的天体,仅次于中子星和黑洞,密度大约是今天太阳的一百万倍。
它们内部不再有核聚变,只能依靠余温,极其缓慢地向黑暗的太空散热。
是什么撑住了如此致密的星体,不让引力把它压垮?答案是电子。
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当物质被挤压到极致,电子无法再被压得更近,它们彼此“不舒服”,便产生一股向外的压力,与引力抗衡。整颗白矮星就靠这些电子的“抗拒”维持平衡,就像一群被关在越来越小房间里的人,用身体撑住四面逼近的墙壁。
时间继续流逝,星系本身也会慢慢瓦解。恒星遗骸之间偶尔的近距离交会,会把一些天体甩进星系之间的虚空,另一些则落向中心的超大质量黑洞。
而黑洞也不是永恒的,它们会通过极其微弱的辐射缓慢蒸发。最大的黑洞要彻底消失,需要一段远远超过此前任何尺度、令人瞠目的漫长时间。
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白矮星的余热终将散尽,变成冰冷、不再发光的黑矮星。宇宙几乎成了一片由黑矮星和零散粒子组成的黑暗海洋。
看起来,一切都已结束。但恰恰在这里,物理规律还留下了一扇微小的门:只要时间足够长,黑矮星内部仍有可能发生变化,这正是宇宙中最后一件有意义的事情得以发生的条件。
在一颗孤独的黑矮星里,会发生一些奇妙的事。起初,一万亿年里什么都不会发生,彻底的空白。
随后在某一刻,两个碳原子核通过量子隧穿结合,变成了镁。又过去100万亿年,这样的事再次发生。
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接着又是漫长的沉寂,然后两个原子核聚变成了硅。亿万年流逝,原子核就这样缓慢结合,形成更重的原子核。
越重的原子核发生聚变所需的时间越长,但只要时间足够,它们终究会发生。还记得超大质量黑洞蒸发所需的那段惊人时间吗?
与这里的过程相比,那只是短暂的一瞬。在这样的尺度上,一秒与数万亿年的差别已经失去意义。
在一段荒谬到甚至没有名字的时间里,原子核不断聚变,当硅原子核聚变时,会形成镍-56。
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镍-56具有放射性,并不稳定。当它最终衰变为铁时,会释放出两个正电子,也就是电子的反物质。
这两个正电子会找到两个电子,与它们同归于尽。问题就在这里:正是那些“不舒服”的电子撑住了整颗星体,而电子被消灭,意味着能够帮忙支撑的“同伴”越来越少。
失去电子,并不会给剩下的电子腾出更多空间,反而让引力挤压得更加猛烈,墙壁仿佛正朝着剩下的电子步步逼近。对于质量最大的黑矮星来说,这将是灾难性的。
它们会一点点变成铁球,越来越多的电子被湮灭。至少在10的1000次方年里,几乎是永远却又并非真正的永远,整个宇宙都不会出现任何可见变化。
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然后,最后一件事终于发生了。当最后一颗这样的黑矮星失去了“太多”电子,它再也无法支撑自身巨大的质量,于是发生失控坍缩,形成一次超新星爆发。
它先向内坍缩,再向外爆炸,亮度可与整个星系相当,让空荡荡的宇宙再次被光芒照亮。那是一个美丽的时刻,却没有任何人能够看到。
随后,这道光会像出现时一样迅速熄灭,宇宙重新归于黑暗与虚空。这就是宇宙中将会发生的最后一件事。在那之后,宇宙或许将真正走向死亡。
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回头再看人类的命运,答案已经很清楚:地球的宜居期有限,恒星终会熄灭,星系终会瓦解,连黑洞也会蒸发,没有任何生命能永远躲开这一切。
这甚至谈不上悲剧,而更像万有引力一样,是一种无法违抗的物理铁律。人类终将从宇宙中消失,确实只是时间问题。
但这段时间长到连“永远”都难以形容。今天的宇宙,正处在对我们而言最好的阶段,比起焦虑遥远的终局,更值得珍惜的是此刻仍然明亮的星空。
今晚依然可以安心入睡,因为宇宙中最后一件有意义的事情,还远在难以想象的未来。
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