福州白癜风医院 http://m.39.net/pf/a_5218805.html本文是“天狼观星者”第70篇原创文章
“在时光的洪流之中，我们存在于此，正是幸运的证明。”
时间，作为我们生活的三维世界上的第四维，是抽象而神秘的存在。主观上，人们对时间流动的速度感受不一，时而感叹“白驹过隙”，时而抱怨“度日如年”。但客观上，时间一直单向而均匀地流逝着，不因任何人、任何事物的影响而改变步伐。宇宙自大爆炸中诞生，迄今已度过约亿年的岁月。在这亿年的漫长时间中，银河、太阳、地球、生命、文明相继诞生，构成了我们所处的绚丽多彩的世界；未来，所有的事物将不断运动和演化，直到迎来各自的终结。在认识世界的过程中，一代代人类不断追问：未来的世界是什么模样？万事万物的归宿在哪里？经过长期艰辛的研究，科学家逐渐拼接出部分令人震惊的未来图景。接下来，请随我一起穿越时空，去亲眼见证这个世界和宇宙的未来。这里必须要说明的是，越是遥远的未来，我们能准确预测的事件越少，有些预测甚至可能会因为对宇宙认识的深入而被改写，为此我们“穿越”的速度将不断地加快。不过有两点是确定无疑的：一切事物都将发生变化，而宇宙的故事才刚刚开始。
01
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1年之后
我们的第一站是1年后的世界。在年，世界依旧被笼罩在新冠肺炎的阴影之下，疫苗的成功研发将给人们带来希望。如果届时疫情得到缓解的话，延期一年的东京奥运会将开幕。但与此同时，国际局势仍然纷繁复杂。当前的世界局势和我们这一代人息息相关。但如果我们放在更长的时间线上来看，任何大事件都只是历史之海中的小小浪花。因为全球变暖、资源枯竭、环境污染等原因，地球早晚有一天将不适合生存。未来的人类，终究将要迈向星辰大海。我们今天探索宇宙所付出的努力，是为了让人类文明得以延续。
我们来看看月球探测方面的努力：年，中国的“嫦娥五号”将从月球上采集月壤并返回地球；美国的阿尔特弥斯计划将发射无人探测器，为重返月球做准备。日本、俄罗斯也相继公布了月球计划。今后的几年里，月球上将热闹非凡。
年也是火星探测大年。刚刚过去的年7月里，有三台火星探测器（希望号、天问一号、毅力号）相继发射升空。它们通过被称为“霍曼转移轨道”的运动轨迹，用大约7个月的时间飞向火星。通过此轨道，探测器可以消耗最少的燃料飞到火星。如果天问一号任务最终成功，中国将成为第二个用火星车进行火星探测的国家。
此外，在年，哈勃望远镜的继任者——詹姆斯·韦伯望远镜将发射部署，中国的天宫空间站开始建设。
02
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5年之后
5年后的年，人类月球探测计划继续进行。嫦娥7号或8号将把中国的宇航员首次送上月球；阿尔特弥斯计划也将在年前后开展载人登月任务。
在这一年，天宫空间站已建成，可供宇航员驻守一年以上，开展长期性的太空实验。
SpaceX“星链计划“的全部约4.2万颗卫星已入轨。不少学者对该计划持批评态度：一方面大量卫星飞行轨迹将“污染”太空观测数据；另一方面这些卫星将产生大量太空垃圾，给未来空间探测造成威胁。我个人也对该计划持反对态度。
与此同时，在人类无休止的内耗之下，我们共同面临的“灰犀牛”威胁——全球变暖，仍然没有改善的迹象。
03
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10年之后
10年后的年，根据嫦娥计划和阿尔特弥斯计划的进度安排，人类将开始建设月球基地。
建设月球基地能为人类带来许多实实在在的好处。月球基地可供人类居住、以及开采月球矿产。月球没有大气层，太阳能不会被大气折射所损耗，可以通过太阳能发电基地为地球输送能源。月球重力加速度仅为地球的六分之一，在此发射航天器可以消耗更少的燃料、携带更大的载重，因此月球可以作为未来星际航行的跳板。另外，月球上没有云和雨、地质活动很少，月球的背面完全隔绝地球的电磁干扰，因此是理想的天文台选址地。可以说，月球是人类驶向星辰大海的一艘航空母舰。
04
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50年之后
全球变暖的恶果逐渐显现。全球平均温度将上升2-4℃，冰川加速融化，沿河地区洪灾肆虐，内陆地区干旱加剧。海平面上升1米，不少沿海大城市受到直接威胁，诸如荷兰、孟加拉国、马尔代夫、图瓦卢等国家的大部分领土被淹没。地球已经渐渐不适宜人类居住。
此时，人类为了寻找新的生存环境，开始建设火星基地。火星是太阳系内和地球最相似的天体，它有大气层、有土壤、在极地地区甚至有冰，只要解决好氧气、食物、能源、以及和地球通信的问题，人类是可以在火星上生存的。
与此同时，周期约76周年的哈雷彗星又回到太阳附近，身处地球、月球、火星上的人类能同时欣赏到它的身姿。
太阳系内最大的“台风”——在木星上持续肆虐三百多年的“大红斑”终于消散。过去大红斑的宽度曾达到三个地球并排之多。
05
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年之后
海平面已上升2米，青藏高原、南极冰盖上的冰川面积大幅缩小。全球发生严重干旱，农作物减产至少三分之一。
如果人类的农业技术没有出现革命性的发展，或者未能在其他星球上建立永久居住地，那么饥荒、争夺食物和水源的战争将在地球上蔓延。
由于人类活动造成的影响，物种灭绝速度比自然灭绝速度快了0倍，生物遭遇了地球生命出现以来的第六次大灭绝，至少20%的物种遭受灭顶之灾。
06
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年之后
此时地球成为一座巨大的温室。不少人类已移民火星，甚至本身就是在火星上出生。火星基地已扩张成一座座城市甚至国家。地球上的文明兴衰是否会在火星上重演呢？火星人类和地球人类的关系将如何发展？这都是非常有趣的问题。
07
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0年之后
理论上此时人类已经发现地外文明，并且与外星人建立起联系。为什么这样说呢？这都要从德雷克公式说起。德雷克公式是由美国天文学家法兰克·德雷克（FrankDrake）提出的，可以用于大致推测星系中文明的数量。
利用德雷克公式进行粗略的估算，银河系的0亿颗恒星中，大约能诞生50万个文明。假设各个文明在银河系内均匀分布，那么彼此间的最近距离约为光年。由此推算，电磁信号从地球发射到另一个地外文明，外星人再回复信号至地球需要用年。年人类制造了第一个人造无线信号，而第一次向外太空发出联络信号的时间是年。如果按照这两个时间点来推测，那么大约0年以后我们就能接收到外星人的回复（前提是有外星人且TA们愿意回复）。与此同时，人类也在利用大型望远镜（FAST，夏威夷望远镜，智利望远镜等）主动接受太空的信号，寻找地外文明的蛛丝马迹。
这里也介绍一下前苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫（NikolaiKardashev）提出的“卡尔达舍夫等级”，它能够衡量一个星际文明的发达程度。I级称为“母星文明”，是能完全利用其所处行星上能源的文明；II级称为“恒星文明”，是能完全利用其附近恒星能源的文明；III级称为“星系文明”，是能完全利用其所处星系能源的文明。每个文明所能使用的能量总量都相差几个数量级。遗憾的是，年的人类文明连I级文明都算不上。未来我们发现的外星文明处于哪个等级？我们根本无从知晓。
08
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0年之后
0年后，长周期彗星海尔-波普彗星、新智彗星回归。
80后、70后的朋友应该对海尔-波普彗星有印象，它曾在-年之间长期闪耀在天空之中。
而新智彗星是年7月的明星彗星。两颗彗星绕太阳公转的周期都有数千年，属于长周期彗星。
另外，夜空中的“北极星”称号也易主了。由于地球不是一个纯圆球体，犹如陀螺一般，地球的自转会引起自转轴的进动。
如图所示，自转轴进动将使得北极的指向绕着星空中的一个大圈不断移动。因为“北极星”是自转轴北极所指向的星星，因此“北极星”的称号将由位于这个圈上的星星来轮流继承。
年，“北极星”为位于小熊座的勾陈一（小熊座α）；在0年后，“北极星”是位于仙王座的天钩五（仙王座α）；而到了0年后，“北极星”将是位于天琴座的织女星（天琴座α）。
09
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00年之后
目前距离地球最远的人造物体——旅行者一号将抵达4.2光年以外的比邻星附近，也是小说《三体》中三体星人的家园。
旅行者一号上搭载着著名的“*金唱片”，其中收录了55种语言录音、27首古典曲目和多种自然界的声音。使用铜质镀金唱片和金刚石机针，即使在上亿年后仍然能正常播放。这是人类给外星文明送出的一份善意的礼物。
10
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00年之后
在足够长的时间尺度上，宇宙中一切事物都会发生变化。数万年后，我们头顶星空的面貌，也会悄然发生改变。
我们坐车时车窗外风景会向后移动，有的移动得快，有的移动的慢。同样的道理，因为太阳系围绕着银河系中心转动，从地球这辆“车”上观察太阳系外的恒星时，它们在星空中也会发生“移动”。天文学将此现象称为“自行”。
以我们熟悉的北斗七星为例，在数万年的时间跨度下，恒星的“自行”将让它面目全非。
11
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10万年之后
在板块运动作用下，印度次大陆向内挤压亚欧板块，喜马拉雅山继续隆起。
珠穆朗玛峰以每年1.27厘米的速度不断长高，预计10万年后的珠穆朗玛峰的海拔将突破00米。
12
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50万年之后
50万年之内，板块运动积蓄的能量将使北美的*石火山发生大爆发。电影《》中曾演绎了这个如同末日一般的场景。而现实中的*石火山一旦爆发，其造成的破坏将不亚于造成恐龙灭绝的小行星撞击事件。
*石火山爆发的能量将至少相当于亿吨TNT炸药，或者0万颗广岛原子弹，或者1.7万颗“沙皇核弹”的威力。至少有立方千米的气体、岩浆和尘埃被抛射到地面上，大半个北美洲都将被岩浆覆盖，火山灰和有*气体将随风播散到全球。因为尘埃遮挡住阳光，全球温度将至少下降10摄氏度，赤道附近可能持续两三年的积雪，季风消失。大部分人类和动植物会死于寒冷和饥饿，绝大多数生物灭绝。
由于*石火山爆发时间难以预测，我们只能祈祷它尽量晚一点爆发，以给人类预留充足的时间来解决这颗不定时的超级炸弹。
13
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万年之后
随着我们旅行到百万年以后，我们将目睹恒星的死亡。为了更好地理解恒星的一生，我们需要用到这张非常有用的图：
这张图的横坐标代表恒星表面温度，纵坐标代表恒星的光度（可以大致理解为明亮程度）。这张图的神奇之处在于，它能囊括目前已发现的全部恒星，而恒星一生的演化过程也能在这张图上动态体现出来。因此，它是研究恒星演化的重要工具。由于这张图由丹麦天文学家赫茨普龙以及美国天文学家罗素各自独立提出，因此又被称为“赫罗图”。
绝大多数恒星的温度-光度坐标都位于赫罗图从左上到右下的这一条带中，这条带被称为“主序带”。在恒星一生的大多数时间里，其坐标都在主序带里，而且基本不会移动。主序带恒星的质量、温度、颜色和寿命在一定程度上具有对应关系。如下表所示，恒星的质量越大，温度越高，颜色越偏蓝，寿命越短；反之，恒星质量越小，温度越低，颜色越偏红，寿命越长。恒星颜色从蓝到红，被分为O，B，A，F，G，K，M这七种光谱类型。
（注：质量单位为太阳质量的倍数；表面温度单位为开尔文，其数值等于从绝对零度-.15℃向上计算的摄氏度数）
在超大质量恒星（O和B）和大质量恒星（A，F和G）的演化末期，它们的外层气体剧烈膨胀，形成红超巨星或者红巨星。它们的赫罗图坐标将脱离主序带，向右上方移动。这些恒星的核燃料即将耗尽，将很快走向死亡。
首先是海山二（船底座η），它的赫罗图坐标已位于非常靠近右上方的位置，科学家预计它将在在万年内爆发。这是一颗非常不稳定的红超巨星，质量大约为太阳的倍，含有惊人的能量。它距离太阳系比较近，仅有7光年。这意味着它爆发为超新星时，其爆发出剧烈的伽马射线暴，可能会对地球生态系统造成很大的影响。
14
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万年之后
万年后，更多的大质量恒星走向了死亡。猎户座第二亮星参宿四（猎户座α）目前位于赫罗图的右上角。它是一颗非常巨大的红超巨星。它的质量约为太阳的12倍，但其直径已经膨胀到了太阳的0多倍。如果把参宿四放在太阳的位置，它将轻易吞没木星。
（注：上图为参宿四与太阳系大小对比图，实际上参宿四离太阳系非常遥远）
这颗如庞然巨兽般的参宿四将在约万年后爆炸成为超新星。在它爆发后几个月里，它发出的光芒将堪比满月，甚至在白天也能看到，随后迅速暗淡。猎户座将永远失去它的一只“臂膀”。
15
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0万年之后
0万年后，就连和太阳质量相差不多的恒星也逐渐熄灭了。红巨星毕宿五（金牛座α）和太阳的质量相当，它将在约0万年后坍缩为一颗致密的白矮星，金牛将失去它的“眼睛”。今天的毕宿五很有可能是太阳未来的模样。
16
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0万年之后
此时，我们将目光移回地球。这时的地球早已沧海桑田——在板块运动的作用下，非洲不断向北移动，地中海收缩成一个大湖；澳洲大陆也与东亚地区连接起来。不过这都只是根据目前板块移动方向做出的推测，未来地球的模样，谁都说不准。
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1亿年之后
此时，如果我们遥望土星，会发现围绕着它的标志性的土星环消失了。这是因为在土星的巨大引力下，它逐渐“吃掉”了土星环上的岩石和小型卫星。
与此同时，太阳系随着银河系公转了半圈。好比坐在旋转木马上一样，届时我们目睹的星空将和现在完全不同。
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5亿年之后
在板块运动的作用下，各大陆将重新连接成一个整体，构成新的超级大陆。
与此同时，新的大冰期开始了。大量水凝结成冰盖覆盖在陆地上，冰盖从极地延伸到低纬度地区，甚至赤道地区也会出现冰雪。海平面预计比现在低30-70米。大冰期每3亿年左右就会出现一次，然而目前科学家尚不清楚大冰期出现的原因。
19
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10亿年之后
随着我们穿越未来的速度不断加快，星系之间的相对运动越来越明显。
仙女座星系是独立于银河系以外的星系，目前距离地球约万光年，是肉眼可见的离我们最远的天体。大家应该知道，宇宙自大爆炸以来，一直在不断膨胀。这意味着绝大多数的星系都会离我们银河系越来越远。然而仙女座星系是个例外——它正在以大约km/s的速度靠近银河系，或者说我们两个星系正在以这个速度不断接近。
这几幅图分别是现在、20亿年后、37亿年后、38亿年后、39亿年后、40亿年后、50亿年后的夜空模拟图。可以发现，仙女座星系正在不断接近银河系，在约37-39亿年后横切过银河，两个星系交换大量物质，随后在50亿年后逐渐融为一体。这个过程势必造成大量星际物质碰撞，甚至可能出现两个星系文明的战争。如果从第三方视角来看，两个星系的碰撞融合过程将更加清楚：
20
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50亿年之后
在仙女星系逐渐靠近银河系的过程中，我们的太阳从中年来到了暮年。50亿年后，随着氢元素逐渐消耗殆尽，热核反应难以为继，太阳的辐射压力无法抗衡巨大的引力，导致核心急剧收缩、外层气体膨胀。太阳吞噬了水星和金星，外层气体直逼地球。随着外层气体的膨胀，太阳外表温度也有所下降，颜色从现在的*色转变为红色。太阳变成了一颗红巨星。在地球上看来，红色的太阳散发着恐怖的火焰，占据了大半个天空。地球上的水全部气化，地面变成熔岩的海洋。困守在地球上的生命将全部灭绝。太阳的红巨星状态只会持续大约两千万年。随后它的外围气体，连带着太阳系剩余的行星和卫星，将吹散至星际空间，仅仅留下一颗地球大小的致密核心——白矮星。我们的太阳，走过了百亿年的时光，最终熄灭了。而此时的地球，很有可能已经在太阳最后的辉煌中灰飞烟灭。
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亿年之后
亿年后，仙女星系和银河系融合成了一个巨大的椭圆星系。此时，星系中蓝色和白色的高温恒星早已熄灭（O，B，A型恒星寿命较短），剩余的星际尘埃逐渐稀释，难以孕育新的恒星。星系中仅剩下红色和*色的小质量恒星（G，K和M型）、以及大质量恒星的残骸。整个星系发出橘*色的光芒，照亮那些流浪在星际空间中的行星。
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0亿（1011）年之后
小质量恒星（K和M型）逐渐熄灭。剩余的恒星光芒暗淡，栖身在这些恒星周围的文明可能不得不建造戴森环或者戴森球，以获得维系文明的充足能源。这也意味着星系中的文明必须进化到卡尔达舍夫II级或III级，才能继续生存。
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00亿（1012）年之后
最小质量的恒星（M型）也所剩无几。此时，我们可以在星系中同时找到恒星熄灭后的几种残骸。恒星质量从大到小，它们的结局截然不同。小质量恒星（K和M型）将逐渐静静地熄灭；中等质量恒星（F和G型）将留下一颗白矮星，前提是它的质量不能超过钱德拉塞卡极限，即大约1.44倍太阳质量；大质量恒星（B和A型）将留下一颗中子星，它的质量超过了钱德拉塞卡极限，但不能大于奥本海默极限，即大约为2-3倍太阳质量；超大质量恒星（O和部分B型）的残骸质量超过了奥本海默极限，将坍缩为黑洞。
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1013年之后
几乎所有的恒星都已熄灭，星系变成了恒星的坟墓，仅有的照明是白矮星的幽幽荧光。中子星以极高的速度旋转，它的脉冲喷流扫过星际空间。由于星系内部引力的减弱，部分恒星残骸被抛撒到星际空间中，成为孤独的旅行者。而留在星系中的白矮星和中子星，将逐渐被星系中的超大黑洞吞噬。
黑洞是超大质量恒星的归宿。黑洞的引力非常巨大，连光子都无法从它周围逃脱，因此黑洞的典型特征就是一个深邃的黑色球体。这个黑色球体的半径被称为“施瓦西半径”，黑洞的质量越大，施瓦西半径越大。小到城市级，大到恒星级的都有。真正黑洞本体的模样永远被掩藏在施瓦西半径的范围内，我们无从知晓其内部的构造。下面这个短片演示了目前宇宙中具有代表性的黑洞大小，未来的黑洞将比现在的更加巨大。
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101?年之后
此时，黑洞、中子星的互相并合将成为星系的主旋律。在这些致密天体并合的过程中，部分质量转换为能量，并以引力波的形式传遍整个宇宙。
美国LIGO天文台是引力波探测的先驱者。自建成以来，LIGO已公布十几起引力波事件，其中编号为GW的事件是首次探测的双黑洞并合事件；GW是首次探测的双中子星并合事件；Sbv是首次探测的疑似黑洞吞噬中子星事件。这里以双黑洞并合事件为例，下图模拟了双黑洞并合。可以看到在黑洞并合前的一瞬间，引力波频率会经历由低到高的过程。
为了直观地表现引力波频率的变化特点，科学家把引力波的频率数据转化成了声音。其中“啵”的一声反映的是并和前一瞬间频率突增的现象。
经过长时间的并合与演化，宇宙深处将逐渐孕育出如同银河系一整个星系大小的黑洞巨兽。
26
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102?年之后
在如此遥远的未来，白矮星残余的能量也逐渐耗尽。如同烧红的铁球渐渐降温一样，白矮星逐渐冷却成为黑矮星。黑矮星不发光、不发热，属于暗物质，最终的结局是被黑洞吞噬。由于白矮星冷却到黑矮星需要极其漫长的时间，目前的宇宙中还没有黑矮星。
白矮星消失后，宇宙不再有恒定发光的天体，陷入了一片黑暗。此时，宇宙唯一的能量来源仅剩下黑洞。仅有达到或超越卡尔达舍夫等级III的文明才能在这样的宇宙中生存。
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1033年之后
我们知道，宇宙一直在膨胀。那么宇宙是否会永远膨胀下去呢？答案是肯定的。天文学家发现，宇宙不仅在膨胀，膨胀的速度还在不断加快。
到了1033年之后，与观测者距离最远的宇宙天体，其退行速度将超过光速。这意味着从任意天体上发射出的电磁信号（或者光），将永远无法到达距离其最遥远的天体，我们将无法观测到宇宙的边界。
28
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10??年之后
中子星、黑矮星及其他剩余的星际物质已经全部被黑洞吞噬，宇宙中仅剩下黑洞这一种天体。“黑洞纪元”开始了。
宇宙的绝大多数时间，都将在黑暗、冰冷的黑洞纪元中度过。
29
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10??年之后
即便强大如黑洞，也并非永存。根据霍金的理论，黑洞将会在名为“黑洞蒸发”的过程中不断损失质量，最终消失。
为了解释这个过程，我们先来了解一下“虚粒子对”的概念。量子场论认为，真空中的能量会不断产生正反粒子对，随后很快湮灭。这个过程非常短暂，仅有不到10?3?秒，根本无法探测，因此这个粒子对又被称为“虚粒子对”。在普通的真空中，虚粒子对会普通地产生后湮灭，对真空总能量不会产生影响。
而在黑洞边上时，这个过程变得有意思起来了。在黑洞附近的虚粒子对诞生后，将有四种结果：
1.和普通粒子对一样互相湮灭；
2.双双掉入黑洞；
3.正粒子掉入黑洞，反粒子逃逸；
4.反粒子掉入黑洞，正粒子逃逸。
霍金已证明，第四种发生的概率最高。反粒子掉入黑洞，会造成黑洞质量的损耗，这个损耗的质量被正粒子带走。这样的过程被称为“黑洞蒸发”。
黑洞蒸发的过程非常缓慢。一个普通的恒星级黑洞，其蒸发的时间大约需要长达10??年。
30
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10??年之后
随着时间的推移，此时星系级的黑洞蒸发殆尽。
31
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101??年之后
此时，宇宙中的最后一个黑洞也完全蒸发了。
从此以后，宇宙中将不存在任何有质量的物质。
所有的质量都化作了能量，代表能量混乱程度的“熵”达到了极大值。
整个宇宙冷却到绝对零度，并且将永远在冰冷的虚空中膨胀下去。
宇宙将不再书写新的故事。
时间，失去了意义。
我们的旅程达到了尽头。
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结语
刚才，我们从现在一直向未来旅行，抵达了时间的尽头。回望整个旅程，我们不难发现，如果在宇宙演化的宏观尺度上来看，宇宙中有星光闪耀的时期非常短暂，太阳系存在的时间更短，相比之下我们的一生只能算一瞬间。
然而，我们何其有幸，恰好诞生在这个生机勃勃的星球、在这个有太阳照耀和星光闪烁的宇宙时代——这个概率甚至比中亿万头彩还低得多。
在时光的洪流中，我们存在于此，正是幸运的证明。让我们把握这仅有的一生，保持一颗好奇与敬畏之心，在永远闭上双眼之前，去发现、去探索、去热爱这个世界。
-全文完-SiriusYang
