如果宇宙只剩下太阳这一颗恒星，那么地球上的规律将会受到哪些影响，人类是否可以像现在一样生存下去？ 第1页

刚刚做完一个星系化学演化模拟，看到这个问题，浑身不舒服。因为按照现有人类对宇宙的认识图景（参考

），在遥远的未来，假如太阳一直存在（同时假设人类也存在），那么它确实有可能成为我们能观测到的唯一恒星。

序章：我们都知道些什么？

Scientific American 2008年三月刊上有一篇特别有趣的文章，The End of Cosmology? （宇宙学的终结？）

作者是两位宇宙学家Lawrence M. Krauss和Robert J. Scherrer。大家可能更熟悉Krauss，因为他老人家著有两本（因为我只读过这两本）科普书 A universe from nothing（

），The Physics of Star Trek（

）。言归正传，那篇文章指出，未来当我们抬头仰望天空时，可能将会是一片黑暗。不愿意听我絮叨的，直接跳转原文

先来扯我们知道的，如今标准的宇宙学理论被称为Lambda-Cold Dark Matter（）模型：Lambda源自爱因斯坦引入的宇宙学常数，是一种相互排斥的真空能量（约占宇宙总能量的70%）；CDM即冷暗物质，是相互吸引的物质粒子（约占宇宙总能量的25%）。前者推动宇宙的整体膨胀，加速星系相互远离的趋势；后者把恒星黏合成星系，把星系黏合成星系团。这两种能量共同主导了可观测宇宙（

）的大尺度结构。很遗憾，你我可以摸得着、看得到的寻常物质（约占宇宙总能量的5%）对现阶段宇宙的影响可以忽略（现有宇宙大尺度模拟中没有气体）。更遗憾的是，我们对宇宙“膨胀剂”和“粘合剂”的本质几乎一无所知，只知道它们应该就在那里，在这里，在你我身边，无处不在。“暗”这个词在物理学上就意味着无知。

但是，无论是寻常的物质（重子物质），还是看不到摸不着（暂时性地）暗物质，其能量密度都是与空间尺度的三次方成反比的。而暗能量非常的不同寻常，目前的观测表明它的能量密度几乎是个常数！也就是说，随着宇宙尺度的增加，暗能量将持续不断地增加。最终的结果是：宇宙的排斥力一旦超过吸引力，宇宙的膨胀速度越来越快，永远不会停下来。通过对超新星的观测，两个独立的研究组都证实了这个结论（

），并荣获2011年诺贝尔物理学奖。

第一章：膨胀宇宙的未来

在讨论继续之前，须要正确地理解宇宙膨胀。在没有数学公式的引导下，我认为吹气球模型最好的诠释了宇宙膨胀（缺点是，它是一个2维膨胀宇宙）：随着气球（宇宙）尺度的增加，气球上两点（宇宙中两星球）的距离不断增加。这种膨胀没有中心，从任何一点看过去，其他点都在离自身远去。

宇宙的膨胀导致宇宙中任意两点的距离都在增加，于是离得越远的两点分离得越快。站在地球上向宇宙深空望去，在足够远的地方，宇宙的膨胀速率（相对于此时此地的我们）甚至超越了光速。需要说明的是：这并没有违反狭义相对论，因为在这个过程中没有信息传递；同时，狭义相对论只严格限制了能量/动量在时空背景下的移动速度，并没有对时空本身的变化有限制。于是，在遥远的宇宙中存在一个界限(事件视界，

)，超越了它，那里发生的一切将永远无法影响到我们，因而那里的一切对我们来说都毫无意义（森林中一棵树倒下了，却没人看见或听见，这件事情有意义吗 >.<）。这样的宇宙对待在其中的人类来说，就像是一个内外翻转（inside-out）的黑洞，界限外面如同黑洞一般，没有任何信息能从那里传达给我们。

在遥远的未来，那些遥远的星系（随自身所处的时空）迟早会以超过光速的速度离我们而去，人类将再也无法看到它们的星光。随着宇宙的不断膨胀，我们人类的“视野”也会越来越小。而与我们银河系处于同一个引力束缚系统的其他星系将最终融合，成为一个超级星系。而星系之外，则是永无止境的黑暗。Krauss在文章预计这件事情将发生在1000亿年后，届时太阳系将肯定不会存在。

故事讲到这里，小结一下。我们基于

1）假设——“存在提供排斥力的宇宙学常数（暗能量）”

2）假设——“存在提供引力的暗物质”

3）观测事实——“星系运动曲线以及宇宙大尺度结构”

4）观测事实——“宇宙加速膨胀”

得到了这样的结论：在遥远的未来，银河系与附近的星系将融合成一个超级星系，此外所有其他的星系和天体都将离开我们的观测视界。在人类可观测的宇宙中，除本星系以外一无所有。

第二章：微调一下暗能量？

之前我描述的未来基于暗能量存在的假设，而且这种暗能量的能量密度还几乎是恒定不变的。那么，如果暗能量的能量密度缓慢地增加，结果又会如何呢？

必须要说明的是，目前所有的观测数据(包括:Ia型超新星观测、High red-shift cluster abundance、以及quasar-lensing statistics)都表明暗能量的性质（专业点的说法是“物态方程”）和爱因斯坦引入的宇宙学常数非常类似，即能量密度保持为常数。

Robert R. Calwell 等人在2003年讨论了一个非常有趣的可能性（

）：如果暗能量的能量密度随时间增加，宇宙的未来会怎样？相比于恒定能量密度的情况，这种可能性将会导致宇宙的“大撕裂(Big Rip)”。什么意思呢？不断增加的暗能量将远远超过引力物质，最终导致宇宙失控一般地膨胀。与第一章提到的加速膨胀不同，这种可怕的膨胀将会撕裂引力束缚系统。

简单来说，就是在未来的某个时刻，失控膨胀的宇宙会先撕碎我们银河系所处的星系集团（

），然后进一步撕扯开银河系、太阳系、地球、你和我、最终将原子核扯开。这就是“大撕裂”的含义。

在这样的一种可能性当中，太阳确实会在某个时刻成为我们人类世界（假设还存在）唯一的恒星。不过呢，在这之后，太阳系也将注定分崩离析。

听起来是不是有点可怕，比起无穷的孤独更加暴虐？但是，这样有趣的（大部分的研究文章都用了这个形容词）未来严格依赖于暗能量能量密度逐渐增加的假设。而且根据不同的模型和参数估计，从此时此刻算起，大撕裂的时间至少还要100亿年，比凯恩斯的“长期来看（In the long run, we are all dead）”还要长得多，长得足够人类去回忆。

第三章：膨胀导致的无知

无论暗能量性质如何，只要它存在（准确地说，还要求它的压强至少为自身能量密度的1/3，虽然这一点目前看起来毋庸置疑），宇宙终将无休止的膨胀。在遥远的未来，我们的知识本身将发生变化（请注意，我没有说物理定律会变化）。关于宇宙，那时的人类可能会了解得更少。

先来看看今天宇宙学的四大基石：

1）爱因斯坦场方程是我们理解时空和宇宙的理论基础，勒梅特（Lemaître）首次指出动态宇宙解和星系红移的联系（他甚至第一次推导出了“哈勃定律”，可惜文章是法文写成的，在翻译成英文时，这个结论被遗漏了）。

2）威斯特 斯利弗尔特（Vesto Slipher）首次根据星系红移观测推算出星系的退行速度，随后哈勃进一步推算出星系的距离，并得到了“哈勃定律”（虽然误差大得惊人），证实了宇宙膨胀。

3）彭齐亚兹和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射（

），证实了宇宙起源于极热极密的过去，即“大爆炸”。

4）宇宙元素（主要是氢和氦）的丰度观测，符合“大爆炸”模型的预测，即原初核合成（

）。

当然，我们没有理由认为广义相对论在未来会失效，就像你不会认为牛顿的引力定律失效了一样。但当所有遥远的星系都退行到事件视界以外，而附近的星系也融合为一个超级星系时，我们将再也无法观测到那些光谱红移的星星，也不会得出“大部分天体都在离我们远去”的结论。

当未来的天文学家架设起更为强大的望远镜时，他们一定会很失望，本星系之外没有任何发亮的物体，宇宙将无法展现出任何动力学特征。到那时，即便有广义相对论（水星还是会进动），“宇宙在膨胀”也会成为一个几乎无法证实的猜想，哈勃等人的发现和“大爆炸”学说都将变成传说，湮灭在历史洪流之中。

宇宙微波背景辐射实际上是宇宙诞生初期（大爆炸后约300万年）残留的光子。这些光子的波长随宇宙尺度的增加一起被拉长。因此，我们今天观测到的宇宙背景辐射能谱是2.7K（约零下270摄氏度）的黑体辐射谱，在这个意义上来讲，宇宙很冷很冷了。随着宇宙进一步膨胀，背景辐射的温度也会继续下降，届时如何将背景辐射信号与探测器本身的热噪音分开就会成为一个超级工程难题。当然，即便一个天才的工程师解决了这个问题，银河系本身也会把背景辐射隐藏起来。

现在微波背景辐射能量峰值集中在波长约1毫米的微波波段。但在未来，它迟早会进入米，甚至千米级别的无线电波波段，变成宇宙无线电波背景辐射（Cosmic Radiowave Background）。由于银河系的星际物质基本上是电离的氢原子和电子（统称等离子体），任何波长大于300千米无线电波将被它们反射或吸收，就像地球大气层反射和吸收AM广播信号一样。那时的银河系对宇宙背景辐射来说，将成为一团不透明的物质，身处银河系的我们将不可能接收到宇宙早期遗留的余光。没有了这道光的引导，我们几乎不可能了解宇宙过去的热历史，也更难想象出宇宙曾起源于一个“大爆炸”。

根据原初核合成理论，宇宙诞生初期（参见The First Three Minutes）残留的化学成分主要是氢元素和氦元素。随后产生的恒星在引力的协助下，将这些轻元素转化成更重的元素。但总的来说，今天的宇宙并没有将最终的化学组成改变太多，因而我们能借此推断宇宙早期的热力学行为。

但是在群星消失在宇宙的地平线之日，宇宙的化学组成将极大地区别于现在或是早期的宇宙。而且，那些保存宇宙早期化学组成的高红移天体也早早消失了。所以，那时的人类将不可能从当时的元素丰度观测中推断出早期宇宙的成分（元素演化是一个无法想象的复杂动力学过程），进而也无法了解物质的起源。

在宇宙学四大基石遗失三个之后，我们将无法根据观测挑选出合适的场方程解来描述宇宙。今天我们对宇宙的了解和知识在那个时候将成为上古的神话传说。

第四章：一点点的哲学

现在回到题主的问题。在未来的宇宙，太阳成为人类世界（假设还存在）唯一的恒星，人类社会可能会发生什么变化：

1）物理学知识可能没有改变。能改变物理定律的恐怕只有物理定律本身。

2）宇宙学的末日。比起现在，那时的宇宙学家将会了解得更少，而非更多。

3）“人类中心论”可能会有观测事实的支持。宗教可能借此重新抬头。

4）伴随群星消失的，还有更多的神话和传说。

假如我们有幸看到这整个过程，那么将会发现一个有趣的现象：真理将消失于历史的长河之中。不要以为我们一定会知道的原来越多，我们也可能会知道的越来越少。

新的问题：为什么我们如此幸运，能够在此时了解宇宙？因为此时的宇宙是这样的，它尚未走到末日。

为什么此时的宇宙是这样的？因为只有现在这样的宇宙，才能允许人类的存在，所以人类看的宇宙一定就是这样的，这就是人择原理（

）。根据现有的估计，早期宇宙存在更多的大质量超新星，太阳系遭受的高剂量辐射更多；同时重元素（比氦重的都算）的数量不足，不足以支撑“像我们这样的”碳基生命存在；银河系与当前环绕它的卫星星系（

）尚未完成融合过程，银河系本身的结构还处于动荡之中；除此之外，太阳这种低质量恒星出现的几率也可能是随时间变化的。现代科学认为地球生命（包括人类）存在并演化的条件，必须基于宇宙中的许多巧合事件，而发生这些巧合事件的联合概率或许就是地球历史开始的时候达到峰值（对修过统计力学的朋友，我可以做这样的比喻：地球生命是宇宙系统的一个热力学统计量）。

有理由相信，人类的存在绝不是普通的（完了，要得罪一批“哥白尼世界观”的人了），而是极其特殊的。人类的存在，将这个宇宙从万千可能的宇宙当中挑选出来；人类的存在，将宇宙的此时此刻从它漫长的历史当中挑选出来（应该是Alfred Russel Wallace最早提出的想法）。

为什么现在太阳不是我们唯一的恒星？因为人类的存在，因为题主你在这里问问题，我们选择了这样的事实：太阳不是唯一的恒星。

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1.上面关于宇宙未来的预测，是基于人类对宇宙过去130亿年左右历史的理解，外推至1000亿年之后。所以，我个人并不认为它具有多大的参考意义，仅仅属于分享给大家，图个乐。这个时代是宇宙学的黄金时代，几乎每几年就会有重大发现。大家不妨关心一下，说不定明年标准宇宙学模型就被更新了呢？

2.我不认为天体撞击地球是导致地球物种灭绝的唯一解释。实际上，地球本身的地质活动也可能造成大规模的物种灭绝。比如三叶虫灭绝的二叠纪（

），超级火山喷发导致地壳中的碳被大量释放也是一种导致物种灭绝的可能性。即便没有超级火山，奥尔特云区小陨石的随机碰撞也会增加地球被陨石袭击的几率。

3. 以上内容皆为行业内部小众观点。