我们的宇宙将以何种方式走向终结？

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它以一声巨响开始，但却不会以一声巨响结束。相反，它会像你想象的那样在沉寂中慢慢走向消亡。

在遥远的未来，可以想象量子真空将从目前的状态衰变为能量更低、更稳定的状态。如果发生这样的事件，宇宙中的每个质子、中子、原子和其他复合结构都会在一个极具破坏性的事件中自发地自我毁灭，其影响将以光速在球体中传播并向外波动。这个“毁灭性的泡沫”在它到来之前是不会被注意到的。

关键要点

• 138 亿年前，发生了热大爆炸，产生了最初炽热、致密、均匀、充满物质和辐射并迅速膨胀的状态：我们所知的宇宙的开始。

• 但在可能存在的命运中，包括一个正在坍缩的宇宙、一个正在滑行的宇宙，或者一个永远无情地膨胀的宇宙，数据坚定地支持最后一种选择。

• 如果那是我们的最终命运，那么我们余下的宇宙历史将如何展开？

以下是正文:

自科学这颗“种子”在我们星球生根以来，人类一直在思考关于我们存在的最重大问题，但目前为止没有迹象表明有足够的证据来指导我们寻找答案

• 我们的宇宙是什么？
• 它从哪里来的？
• 怎么会变成今天这个样子？
• 而它最终的命运又将如何呢？

从历史上看，诸如此类的问题落到了哲学家、诗人和神学家的肩上。但从 20 世纪开始，所有这一切都开始发生变化，因为我们从宇宙本身收集了大量科学证据，指向可验证的解决方案。今天，我们可以自信地回答这些问题的许多方面，甚至更多。

但这对于从现在到永恒的旅程意味着什么，我们宇宙历史的其余部分将如何展开？

一个膨胀的宇宙，如果它不会在以后坍缩成新的大爆炸。那么随着时间的推移会发生什么？最终我们的银河系是我们唯一能看到的东西？星星都会死去并在黑暗中漂流吗？中央黑洞最终会吞噬一切吗？如果是这样，它最终会衰落到零吗？

随着时间的推移，我们可以自信地预测将会发生很多很多事件。根据我们目前的理解，这一切将如何结束。

宇宙的预期命运（前三个插图）都对应于一个物质和能量共同对抗初始膨胀率的宇宙。在我们观察到的宇宙中，宇宙加速是由某种暗能量引起的，这是迄今为止无法解释的。如果你的扩张速度继续下降，就像前三种情况一样，你最终可以赶上任何事情。但如果你的宇宙包含暗能量，情况就不同了。

现在，我们对宇宙的现状充满信心，我们知道我们的宇宙是：

• 以大约每秒 70 公里的速度膨胀
• 其能量含量分为各种成分，包括暗能量 (68%)、暗物质 (27%)、普通物质 (4.9%)、中微子 (0.1%) 和光子 (0.01%)。

我们的宇宙也充满了结构：行星、恒星、星系、星系团和星系团，以及在更大尺度上形成网状结构的宇宙细丝。积累了足够物质的物体——那些在足够长的时间内受到足够大引力的物体——不再膨胀；他们创造了绑定结构。但是，随着时间的推移，没有相互绑定的单独绑定结构将继续相互扩展。

本星系群、M81 星系团、狮子座星系团和室女座星系团都是附近星系团和星系团的令人印象深刻的例子，这些星系团和星系团都被单独束缚，但随着宇宙的继续膨胀，它们继续彼此远离。

处女座超星系团的各个星系聚集在一起。在最大尺度上，宇宙是均匀的，但当你观察星系或星团尺度时，高密度和低密度区域占主导地位。这个更大结构中的各个星系群和星系团将单独地保持引力束缚，但组成明显的更大结构的星系团并没有束缚在一起。随着宇宙的膨胀，它们将从彼此的范围内消失。

这告诉我们，随着宇宙的继续膨胀，我们的本地集团将团结在一起；距离银河系约 4-5 百万光年内的星系将保持引力束缚在一起。然而，本星系群之外的星系，虽然它们可能仍然受限于它们自己的星系群或星系团，但不会成为我们本星系群的一部分，也不会以任何方式受到我们的引力束缚。束缚星系的每个单独集合都可以保留为束缚星系的集合，但是——除了已经束缚并正在合并的星系群和星系团——更大尺度的结构将由于暗能量和宇宙的加速膨胀。

在几十亿年的时间尺度上，我们对将会发生的事情非常有信心，无论是局部的还是宇宙的。太阳会升温、膨胀、沸腾地球的海洋，最终变成一颗红巨星，不久之后就会死亡。本星系群将保持束缚，其中的星系将相互吸引并合并，引发新的恒星形成并耗尽我们的气体。40 亿年后，银河系和仙女座星系将合并，形成一个名为银河仙女座（ Milkdromeda） 的新星系。

一系列展示银河系与仙女座星系合并的剧照，以及发生时天空与地球的不同之处。这种合并将在未来大约 40 亿年后开始发生，恒星形成的巨大爆发将导致大约 70 亿年后形成一个耗尽、贫气、更加进化的星系。尽管涉及的恒星规模和数量巨大，但在此事件中只有大约千亿分之一的恒星会发生碰撞或合并。

到再过 10 到 150 亿年时，本星系群中的所有星系都应该经历与 Milkdromeda 的引力相遇，在那里它们将被吞噬和蚕食。当这些星系中的气体形成新一代恒星时，它也会被耗尽；随着时间的推移，恒星形成率将继续直线下降。如果没有大量形成新恒星的燃料，老恒星的死亡速度将快于新恒星的诞生速度；我们银河系中活着的恒星数量将开始减少。

与此同时，所有其他星系群都将加速远离我们自己的星系群。正如本地组变得更加集中一样，其他组和集群也会如此，但只是个别的。在更大的范围内，它们不仅会继续加速远离彼此，而且它们似乎后退的速度会随着时间的推移而增加。这就是宇宙加速膨胀的含义：随着时间的推移，每个不受引力束缚的星系似乎都会越来越快地远离我们。最终，所有不属于本星系群的星系都将以比光速更快的速度远离我们；随着时间的流逝，更多的恒星和星系变得永远遥不可及。不管你信不信，可观测宇宙中 94% 的星系已经存在。

我们可见宇宙的大小（黄色），以及如果我们今天以光速离开，我们可以到达的范围（洋红色）。可见宇宙的极限是 461 亿光年，因为这是发射光的物体在远离我们 138 亿年之后的距离的极限。现在，在我们 180 亿光年半径范围内发生的任何事情最终都会到达并影响我们；超出这一点的任何事情都不会。

但是在我们本地群内部，恒星、行星和生命的衰落会非常缓慢。仅仅几十亿年后，所有比太阳质量大的恒星都会燃烧殆尽，只留下温度较低、颜色较红、质量较低但寿命较长的恒星。当类太阳恒星死亡时，它们会将外层吹散成行星状星云，从而将大量氢气和氦气返回星际介质。随着新气体开始填充星系，它将形成在引力作用下生长的分子云。经过足够长的时间后，这些云层将因引力收缩，最终导致恒星形成的持续涓涓细流。

同时，恒星和恒星残余物都将在银河系内发生引力相互作用。随着时间的推移，较重的质量将被驱赶到 Milkdromeda 的中心区域，而较轻的质量将受到高速冲击，将它们抛向银河系外围，甚至将它们完全抛出银河系。这将导致一系列事件：

• 黑洞将聚集在银河系中心，最终合并在一起，
• 恒星和褐矮星会相互碰撞，产生更重的恒星，
• 银河系将形成一个中央集中点和弥散的恒星晕，
• 恒星系统将开始失去它们的奥尔特云、柯伊伯带，甚至由于与其他恒星的近距离掠过而失去行星，
• 即使是质量最小的恒星也会耗尽燃料而死去，
• 许多最轻的恒星将被完全抛射出去。

这个名为 NGC 1316 的星系展示了 Milkdromeda 未来数十亿年的一种可能配置。尽管少量的中性物质会保留下来，但银河系中的大多数恒星都是低质量、红色、暗淡且寿命长的。整个本星系群将合并成一个星系，而所有其他星系群和星系团都将加速远离它。

那么，最大的问题是哪些事件更常见，哪些事件更罕见，以及每个过程在什么时间尺度上占主导地位。

质量最低但质量足以在其核心引发核聚变的恒星将是所有恒星中寿命最长的。像比邻星这样的恒星不会存活数十亿年，而是会存活数万亿年，其中质量最小的恒星最多可以发光约 10 万亿年。当这些恒星的核心燃料耗尽时，它们将转变为白矮星，就像类太阳恒星一样。这些白矮星会散发出热量并最终冷却成为黑矮星：这个过程需要 100 万亿到 1000 万亿年。

尽管超大质量黑洞的合并应该会在短短几十亿年内发生，从而在米尔克卓米达中心形成一个质量数亿个太阳的超大质量黑洞，但其他过程将需要更长的时间。银河系中各个物体之间的引力相互作用将是下一个重要的事情，与恒星结合的最外层物体将首先被抛射出去。到大多数现存恒星逐渐消失时，大多数恒星系统将失去奥尔特云和柯伊伯带，以及它们的外行星。例如，太阳系在 1000 万亿年内可能仅由一颗黑矮星组成，黑矮星由火星、木星和土星的残余物以及剩余的卫星环绕。

正如恒星通常存在于双星、三星和人口更多的多星系统中一样，褐 矮星也是如此：失败的恒星。有可能存在具有足够间隔和足够不匹配质量的多星系统，以实现稳定的 L4/L5 拉格朗日点，并且与它们一起，可能存在成群的天体甚至成熟的系外行星。

虽然人们很容易认为，一旦最后的恒星残余物消失，宇宙现在将变得“黑暗”，但还有另一种光源将占据主导地位：褐矮星和其他“失败的恒星”的合并，它们是多星星系的成员。星系统。我们现在非常确定，所有围绕彼此运行的轨道上的质量最终都会看到这些轨道衰变，从而导致吸气和合并。当两颗总质量超过太阳（当前）质量 7.5% 的褐矮星合并在一起时，它们将形成一颗成熟的恒星，最终导致恒星重生。

事实上，任何围绕其中一颗恒星运行且具有适合生命存在的成分的行星都可能最终有机会成为一个有生命的世界。即使在一个寒冷、黑暗、空旷的宇宙中，生命也可能再次找到出路。引力波导致合并的时间尺度完全取决于多星系统形成的初始条件，但毫无疑问，其中许多将在宇宙历史的前约 100 千万亿年左右成为恒星。就像之前的低质量恒星一样，它们将燃烧燃料数万亿年，然后以白矮星的形式发光数百万亿至千万亿年，然后逐渐消失为黑矮星。

太阳死后，它的残余核心将收缩成为一颗白矮星。在 100 万亿年的时间尺度上，它将逐渐消失，最终变成一颗黑矮星。围绕它运行的任何幸存行星都必须在引力相遇中幸存下来才能继续存在。如果它们能持续足够长的时间，最终引力辐射将导致这些世界被恒星残骸吞噬。

然而，那些需要比这更长的时间来激发和合并的系统将面临其他三个过程的严重危险：

• 引力相互作用导致它们的破坏和解除约束，甚至完全弹射，
• 随机碰撞，导致立即的灾难，
• 或者被驱赶到银河中心，在那里它们将被中心的超大质量黑洞吞噬。

对于任何单个系统，如果它在我们宇宙历史的前约 100 千万亿年内没有形成恒星，那么它有大约 99% 的机会会经历足够大的引力相互作用而被抛射出去。两颗恒星残骸或褐矮星与一颗恒星残骸之间发生碰撞的几率约为 1%，从而导致新星、千新星或超新星爆发。这些系统中大约有万分之一将被驱赶到银河系中心，在那里一个超大质量黑洞最终将吞噬它们。一次弹射的典型时间尺度约为 100 千万亿至 1 千万亿年；随机碰撞的时间尺度约为 10 到 100 quintillion 年；被中央黑洞吞噬的时间尺度最好以六十亿年或更长时间来衡量。

当多个质量在它们自身的相互引力下相互作用时，较小的质量往往会受到较大的反冲，它们被撞到更高的轨道或完全被弹射出去，通常会导致超高速物体。与此同时，从引力的角度来看，剩下的物体被束缚得更紧。在遥远的未来，我们银河系的恒星残余物几乎都将以这种方式喷射出来，只有少数被吸入中心的超大质量黑洞中。

然后，银河系内大部分由正常物质构成的物体将被抛射出去，只有少数被中央的超大质量黑洞吞噬。最终，我们的银河系将只剩下少数残余物，被巨大的暗物质光环所笼罩。大多数曾经形成的行星和恒星将被抛入星际空间的深渊，在那里它们将永远在虚空中徘徊。

但是，闪光最终会以另一种方式渗透到宇宙中：通过黑洞的蒸发。太阳质量的黑洞将在 10 67年后蒸发；质量最大的那些，飙升至数百亿个太阳质量，将在大约 10100 年后蒸发。这个过程虽然是我们提到过的最慢的过程，但比非喷射质量通过引力波将其轨道能量辐射出去所需的时间尺度要快得多；这些超大质量黑洞开始衰变的速度将比它们在几百万年过去后的增长速度快得多。只有这些黑洞蒸发的最后“光点”才会照亮宇宙；到现在为止，其他一切都已经冰冷、死气沉沉、退化了。

随着宇宙继续老化，最后的光源将来自黑洞的蒸发。据我们所知，虽然质量最小的黑洞将在 10^67 年左右后完成蒸发，但最大的黑洞将持续 googol (10^100) 年以上，使它们成为最后一个发光的物体.

然而，有一些悬而未决的问题可能会以微妙的方式改变故事。

暗能量可能不是宇宙学常数，但会随着时间演变，导致大挤压或大撕裂，或完全不同的东西。我们可能并不处于宇宙真正的真空状态，如果我们经历真空衰变，我们的命运也会如此。我们目前认为稳定的原子可能会在足够长的时间尺度上衰变。也许，尽管我们认为情况并非如此，但附近星系群中的引力相互作用可能会导致其他成员有朝一日加入我们的本地星系团，这似乎是合理的。我们只能根据当今已知的局限来推断我们的未来。

但话虽如此，我们确实非常了解我们遥远的宇宙未来会发生什么！一个时代将会到来，我们所在的所有遥远星系都将从视野中消失。在那之后，我们将到达星星全部熄灭，所有恒星残余物都消失的时刻。尽管黑暗会被闪光打断，但最终，我们银河系中的恒星残余物将全部被抛射出去，最后剩下的物质痕迹——我们中心的超大质量黑洞将会衰变。时间尺度是巨大的，但仍然是有限的。这是一个庄严的提醒，要在宇宙还在这里的时候享受它所有的荣耀。在这个宇宙中，似乎没有什么是永恒的。

（全文完）