如何生存到宇宙终结?未来人类度劫指南
  • 上方文Q
  • 2012年06月09日 08:36
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人类进化之路,已经历了数百万年,若是算上生命进化的时间,则有三十五亿年了,其间所经历的劫难不可计数,比较著名的大劫难就有,新元古代雪球事件(8亿—5.5亿年前)、二叠纪末大灭绝事件(约2.52亿年前)、白垩纪-第三纪灭绝事件(约6500万年前)、始新世极热事件(约4000万年前)。在人类进化史上,则有7万年前全球人类只剩2000人的巨大灾难。生命和人类的进化,是一部波澜壮阔的史诗,读之使人感叹。但是,与即将到来的宇宙劫难相比,这只能算是一部伟大的太空歌剧上演前的序曲。

1992年,现在的加州大学圣克鲁兹分校的天文学家格雷戈·劳克林,刚刚从大学毕业,他和我们的刘电工(写了《三体》等的国内著名科幻作家刘慈欣)一样,也喜欢摆弄些小软件,这大概是当时高智商人士的一种普遍爱好吧。刘电工当年在电脑上计算宇宙文明之间的关系,而劳克林则在电脑上模拟恒星的形成。当时的电脑性能和现在是没法比的,所以他不能在电脑边上干等着计算结果,自己出去吃午饭去了,等吃完饭回来,发现电脑中的宇宙已经到达了1亿年后的世界。那个电脑中的宇宙是个什么样子,我们已无从知晓,不过借用刘电工的一句话,其诡异程度是很难用凭空想象出来的。这个简陋电脑上计算出的宇宙未来,是否符合实际,不得而知,但是劳克林中受到了启发,就像苹果启发了牛顿一样,他从此迷上了建立物理模型推演宇宙未来,一路走到了今天。他说“我的眼界豁然开朗,宇宙万物不断演变,而且将随着时间发展继续演变,与之相比,现在的宇宙历史相形见绌。”

后来,他与弗雷德·亚当斯合作,这是密歇根大学的一位物理学教授,开始认真地研究宇宙的诞生和演化问题。在他们的业余时间,这两位研究者合著了一篇57页的论文发表在《现代物理评论》杂志上,论文的题目是《死亡中的宇宙:天体的演化和长期的趋势》(A dying universe: the long-term fate and evolutionof astrophysical objects)。这篇论文详细描绘了一系列未来的宇宙末日景象:太阳之死,恒星末日,以及宇宙整体命运的各种可能情况。根据他们的研究,宇宙的寿命将长达10^200年,现在的宇宙不过才150亿年,简直就是一个初生的婴儿。

这篇论文在大众媒体中激起了很大的反响,甚至登上了纽约时报的头版。很快,劳克林和亚当斯发现他们成了巡回演讲的红人,与具有相同兴趣的同好们讨论一些重大的话题,诸如永恒的物理学和在难以想像的宇宙灾变中生存下去的策略(有一种关于未来的假说,认为宇宙时空结构将会在瞬间土崩瓦解,所有的物质将在30分钟内彻底灭亡。)克利夫兰市西储大学的理论物理学家格伦·斯塔克曼,也写过这方面的论文,例如《生与死,在一个不断膨胀的宇宙中》,他说:“没有人把思考宇宙的命运当作自己的终身使命,有很多比这个更急迫的问题,但是对宇宙命运的思考充满了乐趣。”

下面,让我们跟随这些宇宙预言家们,一同欣赏这部规模宏大到无法想像的太空歌剧吧。如果你被里面的数字弄晕了,不要怨我,原文如此,我也在晕。

如何生存到宇宙终结?未来人类度劫指南

第一幕  飞离地球

现在,冰期和陨石撞击之类的灾难已经不能阻止人类了,我们的祖先就已经战胜了冰期生存了下来,而现在,我们已经有能力防御小行星或慧星的撞击了。但是斯塔克曼和其他未来学家指出,有一个无可避免的灾难在等着我们:太阳衰变。

像太阳这样稳定的恒星,它的发光原理是氢原子核聚变,在这一过程中产生氦原子核和能量,但是恒星终将老去,氦元素不断在核心处累积,将激烈的氢原子核聚变反应向外推移。结果,恒星体积不断增大,而且向宇宙中释放出越来越多的热量。今天的太阳与46亿年前它刚刚诞生时相比,亮度已经增加了40%。根据英国苏克塞斯大学的天文学家罗伯特·科农·史密斯和墨西哥瓜纳华托大学的天文学家克劳斯·皮特·施罗德于2008年建立的模型,在10亿年内,太阳的能量释放水平将比现在提高10%,这会导致地球不可避免地变暖。海洋会沸腾,大气层中的水气会完全散失到太空中,气温将猛增700华氏度。这会把我们的地球变成金星一样的地狱-在金星上,厚厚的硫酸云层和二氧化碳阻止了向外的热量辐射。细菌还可以在地表下残存的液态水中暂时幸存,但人类的历史就此终结了。

虽然如此,如果人类能够在这之前开发火星,移居火星,这样的灾难性结局也许可以避免。这颗红色的星球作为移民目标,有很多有利的条利:它相对而言更接近地球环境,显示出包含许多生命生存必需的要素。从70年代的海盗号到今天的好奇号,有一系列机器人在火星上执行考察任务,已经发现了远古的河床和极地的冰帽,其中储存着充足的水,如果融化,可以将整个火星淹没在40英尺深的海洋中。2011年8月,火星勘测轨道飞行器发回的图像显示火星表面仍有含盐液态水流过的迹象。

人类在火星上定居的主要障碍是那里过于寒冷,不过那时太阳亮度大增,火星的温度也会升高,这一点也不成问题了,或者人类干脆自己动手解决,不必等到10亿年后。NASA的行星科学家克里斯托弗·麦凯说:“根据我们所掌握的信息,火星曾经拥有生命,海洋和浓厚的大气层,我们可以恢复这一切。”

麦凯是火星改造项目中的首席科学家,该项目旨在通过一个叫做地形改造的过程将火星变成地球一样的世界。通过实验室实验和气候模型,他已经论证了只要制造和释放三十亿吨全氟化碳和其他强效温室气体就可以暖化这个行星。火星上的自然进程将被扭转:冰帽将融化,释放出水和二氧化碳,然后进一步加速暖化进程,直到这个行星披上一层浓密,稳定的大气。按照麦凯的设想,建设一个火星定居点并且用飞船将我们带往火星,10亿年的时间实在太绰绰有余了。他指出,即使只依靠现有的技术,在理论上也可以在三个月内将宇航员送上火星,未来我们还可以使用更先进的技术。

现在,让我们进一步思考,我们成功达成了目的,人类成功地移居火星以后会发生什么?根据劳克林的计算,当地球因太阳膨胀而不适于生存后,我们可以在火星上再过上45亿年相对舒适的生活,直到太阳膨胀逼近火星,我们不得不再次迁移。根据星体演化的标准模型,到那时,太阳内核中的氢含量将大大减少,随着聚变反应的进一步外移,太阳将像气球一样膨胀。天文学学已经通过望远镜看到了在其他恒星上,这一幕是如何上演的,所以他们有相当大的把握判断下一步会发生什么:在惊心动魄的爆发之后,太阳变成了一颗红巨星,体积是现在的250倍,亮度是现在的2700倍。它将气化水星,金星和地球,并把火星变成熔岩地狱。

那么,下一步我们去哪儿呢?火星上的人们可以坐飞船迁居到木星的卫星欧罗巴上,科学家相信那里的冰层下隐藏着巨大的海洋。此时有一颗更加明亮的太阳作热源,欧罗巴将会变成了一个生机盎然的海洋星球。当欧罗巴也过热不适于生存时,土星的卫星泰坦,将成为人类新的避难所,那里也将拥有浓密的大气层和丰富的有机物。但是太阳最终将吞没这些边远的定居点以及太阳系中的一切。即便是极度严寒的冥王星(现在的温度是零下400华氏度,即零下240摄氏度),也将热得无法定居。最后,在进入红巨星阶段1.3亿年的,太阳将经历最后的爆发,将它的外层抛到宇宙空间,只剩下一颗白矮星:一个炽热的,由碳和氧组织的密度极大的天体,体积比现在的地球还小。在整个剧本中,人类在太阳系内的迁移只是微不足道的一小步,就像是为了避开潮水,把海滩边的小屋向内陆移动了几英寸而已。

如何生存到宇宙终结?未来人类度劫指南 泰坦,这是卡西尼探测器传回的合成图像,可以供人类定居60亿年,到那时太阳比今天更大更明亮。这颗土星最大的卫星也可以提供浓密的大气层等必需的生存条件。

第二幕  飞向半人马座

面对太阳灭亡的局面,劳克林相信延续人类生存的唯一道路,就是发展可以承载大量人口的恒星际飞船,使用核聚变或反物质湮灭技术推进,将人类迅速转移到其他恒星系的行星上去。面对恒星间遥远的距离,现在的化学火箭太慢了,乘坐它们抵达最近的恒星也要10万年之久。目前,天文学家已经观察到了超过600个围绕其他恒星运转的行星,其中一些与地球大小相仿,相信在我们的银河系中还有数十亿个这样的行星存在。

出于长远考虑,劳克林建议在一颗围绕更加稳定的恒星运转的行星上建立定居点,比如半人马座比邻星。这是离我们最近的恒星,离地球只有4.2光年。它是一颗红矮星,比我们现在的太阳小很多,温度也低很多,内部压力也小很多,不足以发生氦聚变反应,氢聚变反应的速度也比太阳慢很多,因此寿命也更长。算上在火星上生存的时间,生命已经持续了100亿年,而一颗红矮星可以就可以支持生命再生存4万亿年,是之前生命存在时间的400倍之久。天文学家尚未发现围绕它运转的行星,但是他们已经发现了围绕类似星体运转的行星。红矮星也是银河系中最普遍的恒星类型,因此即使不去比邻星,我们也还有大量的居住地可供选择。

如果人类能够成功地移民到围绕比邻星或其他红矮星运转的行星上,我们就可以享受万亿年无忧无虑的生活,所以,劳克林说:“我们的未来就在红矮星。”

如何生存到宇宙终结?未来人类度劫指南 半人马座阿尔法星是一个三星系统,其中有一颗红矮星:比邻星。红矮星的寿命长达几万亿年,因此它们是当我们离开太阳系后理想的长期定居地。


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