我们的太阳大约已存在了46亿年,作为恒星它大致还能活这么长时间。这只是一个普通的恒星,宇宙中有上十亿颗这样的恒星。
这样的恒星不断地死亡,又不断地诞生。通过观察在宇宙早期诞生的类似恒星的残骸,我们可以相当准确地知道我们的太阳死亡的情景。
在大约40亿年间,我们的太阳将耗尽其中心的燃料氢。然后,它将开始收缩,并重新振作起来:其中的氦核将三个三个地聚合成碳-12,而这种新燃料将再燃烧20亿年。
此时,当太阳继续存活时,地球已不再存在了。因为新燃料将使太阳变大100倍,将地球化为灰烬,被这个红色的巨星吸收。
最终,当氦转化为碳-12的过程结束后,我们的太阳将再次收缩,变成一个暗淡的白矮星。再过几十亿年,白矮星将逐渐冷却下来,并最终变成一个称为黑矮星的死星。
然而,其中还存在一个问题,一个被称为"太阳中微子失踪"的谜。泡利于1931年假定存在中微子,是因为他需要用它来解释原子辐射产生电子时失去的那一小部分能量。
根据能量守恒定律,原子辐射的能量和电子带走的能量应相等,所以他认为一定存在一种"幽灵粒子",它带走了失踪的那部分能量。中微子"偷走了"能量。
人们用了20多年的时间才证实中微子的存在。中微子不带电,分三种类型,具有不同的质量。
太阳发射出大量的中微子,这是由太阳中心核聚变产生的。它们像幽灵一样,是非常难以探测到的,但几个不同类型的实验都确认它们确实来自太阳,穿过地球以及我们的身体,然后进入太空。
但是,它们的数目还不够。根据探测中微子的实验,1/3到1/2太阳产生的中微子失踪了。不知何故,这些"偷走"能量的粒子自己在太阳和地球间失踪了一部分。
这个问题已存在30年了。由于所有的证据都支持太阳的能量来自其中的核聚变,故失踪中微子之谜最终将通过改进实验得到解决,而不会对现今流行的太阳模型提出挑战。
然而,一些对宇宙怀有新观点的科学家强烈地反对演化理论,他们以失踪中微子作为论据,认为太阳能量并非来源于核聚变,因而太阳要年轻得多。年轻的太阳意味着年轻的地球,年轻得无需演化的概念。
他们的论据被无数主流科学家大加批驳;许多的证据显示太阳确实已有46亿年了,且只过了其一生的一半时间,不光是否有失踪中微子这件事存在。
在太阳死亡之前,银河系将吃掉大麦哲伦星云,并将与仙女座发生猛烈撞击。大麦哲伦星云距我们只有15亿光年远,因引力作用而不断向银河系靠拢,在30亿年内被银河系吞噬,给银河系增加100万颗恒星,它们在7亿年后的银河系和仙女座碰撞中非常有用。空间是浩淼无边的,因而星系在碰撞过程中损失小得惊人。
当然,一些恒星会相撞,这对于附近的行星而言非常可怕,但行星被撞的概率很小。
更大的问题是宇宙到底在膨胀还是在收缩。这是人们最近争论的焦点。毕竟,直到1925年哈勃发表了关于"宇宙岛"的文章后,我们才知道除了我们的银河系还有其他的星系存在。
当爱因斯坦发展广义相对论时,即便是他也假设宇宙中只存在一个星系,并且是静止的。然而当他的公式表明(一个星系的)宇宙应当膨胀时,他引入了宇宙常数以使宇宙不膨胀。一旦哈勃证明存在许多相互远离的星系,这意味着宇宙在膨胀,爱因斯坦就抛弃了宇宙常数,悔恨没能首先相信自己。
不久,有关膨胀宇宙的新观点出现了。
一些宇宙学家争辩道,宇宙可能现在正在膨胀,但最终它将停止膨胀,然后收缩下去。当人们在20世纪20年代后半期开始认真对待大爆炸理论,并于30年代普遍接受它时,许多科学家相信大爆炸产生的向外推动的能量最终将消失,宇宙膨胀将逐渐慢下来,停止,走向反面,所有的恒星和星系将向内收缩、挤压。
宇宙收缩将再次使宇宙逐渐变得致密、炙热,最后变成包括宇宙中所有质量和能量的点。这又为另一次大爆炸做好了准备。这种观点的强有力支持者是美国物理学家惠勒。
根据他的理论,这种过程循环往复,每次大爆炸产生的宇宙中的规律都完全不同,因为在量子层次上一个电子的轻微变动就足够改变万物的本性。
对于许多宇宙学家而言,这种循环模式具有很强的哲学上的吸引力,并且它的数学也很完美。在许多地方都曾流传着凤凰从自己的灰烬中再生的神话。
在讨论宇宙终结的问题时,它又让惠勒的观点占有了很大的心理吸引力。再生是一个诱人的想法,即使是在讨论宇宙的问题时。
另一种观点认为,宇宙的这种循环演化看上去很好,但与我们的观察不一致,并且宇宙的终结将是个意义不大的命题。这种观点认为,宇宙将永远膨胀下去。
宇宙最终将膨胀成完全真空,这使常人很困惑,但对于宇宙学家却很清楚。)当星系彼此之间越来越远时,产生新星系的碰撞将不会发生。星系间的寒冷的真空将越来越大,星系中的恒星将逐渐燃尽燃料,正像太阳一样。
比我们的太阳大1.4倍的恒星将经历一个更剧烈而长期的死亡过程,但它们也将用光它们所有的能量。
在1万亿年后(我们现在只过了80亿~150亿年),在黑暗的宇宙中只存在死星和黑洞。
即便这样,由于没完没了的引力作用,在大爆炸之后几百亿亿年后,宇宙将再一次进行焰火表演。这将持续约10亿年,还不到目前地球年龄的1/4,然后经历一段难以想象的时间后,宇宙将彻底地黑暗、寒冷下去,连幸存的黑洞都消失了。
这个过程将持续多久呢?正如Thuan所指出的:"为了写下这个数字,我将不得不在1后面跟上足够多的0,这些0的数目将与我们已观测到的宇宙中数千亿个星系的氢原子数相当。"最后剩下的将是辐射和忽隐忽现的虚量子粒子。
新发现的证据表明,宇宙膨胀的速度比以前想的要快,这可能缩小了我们这里所讲到的时间范围。并且,所有的可能性都能改变以上观点。
正如我们在本书中所看到的,对于宇宙年龄这个问题,人们可以进行各方面的质疑,甚至连测量技术都正被质疑。
量子物理学正向我们揭示的仅仅是亚原子世界的奇怪现象。一个电子可同时处于两个地方,并且看上去电子能与远处的电子进行通信,通知另一个电子当观察者出现后如何反应。当新千年开始时,人们对20世纪科学的成就大加赞赏。
在这100年中,人类已对宇宙和其组成部分了解许多,大的小的,从星系到基因,比以往任何时代了解得都多。
在庆祝的同时,我们也应记住我们还有许多问题没有弄清楚。
大爆炸理论只是一个理论,其中的大部分是不可检测的。
我们关于地球上生命如何起源的想法非常模糊。
我们相信我们最终知道了是什么导致了恐龙的灭绝,但在其发生灭绝的时间内又发生了什么呢我们已较好地了解了地球的内部,但我们仍不能以一种有效的方式来预测地震。
影响冰川期的一些因素已被了解,但它们之间的关系还不清楚。
关于恐龙是温血动物还是冷血动物的争论越来越热,而不是越来越冷。
关于人类演化的记录中仍存在着许多的空白。
人类突然跃向文明仍是一个很大的难题。
我们还未知道我们是如何获得语言的。
一些科学家猜想海豚具有与我们差不多的智力并能教我们许多,这只有在我们能够与它们进行交流的基础上才可能。
鸟类迁徙对我们来说仍是一件奇妙的事,也许是令人满意的那种。
玛雅人在天文学和历法上的神秘成就表明知识进步的程度依赖于它被看成什么。
科学家还未能将引力与其他三种基本力统一起来。
光看上去有时是波,有时是粒子,其中的分界线仍是理论上的。
量子物理学为一只既活又死的猫所困扰。
现在可以肯定存在黑洞,但我们并不确切知道其内部发生着什么。