1000亿年后的宇宙学

空虚的未来

造成这种可悲状况的罪魁祸首就是暗能量——导致宇宙加速膨胀的神秘力量。暗能量是一种充溢整个宇宙空间的、具有负压强的能量，这种能量正好与引力相反，引力把星系吸引到一起，而暗能量则推动星系互相分开。

暗能量在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。在暗能量的不懈推动下，几百亿年之后，其他星系跑得太远，它们远离银河系的速度超过了光速，发出的光再也无法抵达银河系。最终，在整个可见宇宙的范围内，就只有银河系自己孤零零的一个了。

对于宇宙学家来说，活在现在这个宇宙时代是非常幸运的。通过望远镜，我们可以观测到众多的星系、遥远的超新星、还有大爆炸留下的余辉——微波背景辐射等等。根据这些观测，天文学家推测出宇宙是膨胀的，而且膨胀是在加速的，还有，整个宇宙起源于137亿年前的大爆炸。

如果有个天文学家不幸生活在1000亿年后的银河系中，没有远古时代留下的宇宙知识可供学习，面对着一片空旷的宇宙，他还能不能发现宇宙在膨胀？还能不能知道宇宙曾发生过大爆炸呢？在那样一个时代，宇宙学是不是变成了一门不可能的科学？

动荡的银河系

我们先来看看银河系在未来的1000亿年中将会如何演化。

今天，我们的邻居仙女星系，正在引力的拉扯下越来越接近银河系。在接下来的十几亿年中，夜空中仙女星系将会变得越来越大，越来越亮，天上除了银河之外会出现第二条天河。

23亿年之后，仙女星系会和银河系相遇，但两者并没非立刻合并在一起，而是擦肩而过。这时它对银河系的影响还不太大，只会扰乱恒星运行的轨道。在引力的作用下仙女星系并不会一去不返，而是会折回头，在大约50亿年之后再次与银河系相会。这次两个星系将会撞在一起合并为一个星系。两个星系中心的超大质量黑洞也会合为一体，本来围绕着中心黑洞旋转的恒星会陷入混乱之中，原来的两个星系变成了一大团乱哄哄运动的恒星。在这场混乱中，太阳也会被踢到星系的外围，从现在距中心2.6万光年的位置跑到6万光年之外去。

随着时间的推移，银河系中无数明亮的恒星逐渐燃尽后死去，其中就包括我们的太阳。在50亿年后，太阳会耗尽核心的氢，膨胀为一颗红巨星，可能把地球吞掉，最终成为一个地球大小的白矮星。如果这时还有人类存在的话，他们肯定早已离开了太阳系。

幸运的是，银河系中可以为生命提供的栖身之处并不少，70%的恒星都是小质量的红矮星，它们燃烧得非常节省，所以寿命可达上百万亿年。虽然它们发光弱，但行星只要离它足够近，也是能适合生命生存的。

1000亿年后，某个红矮星的行星上所看到的夜空和现在会截然不同。在现在在地球上，肉眼也能看到数千颗恒星，而在1000亿年后，银河中还存活的恒星都是暗弱的红矮星了，天空将是漆黑一片。而且正如前面所说，由于暗能量的推动，宇宙膨胀导致星系远离我们的速度超越了光速。在1000亿年之后，即使借助望远镜，也看不到任何星系了。

逃亡的恒星

在那样的世界里，人类还能研究宇宙空间吗？在哈佛大学的宇宙学家看来，倒也没必要太悲观，即使生活在1000亿年之后，未来的宇宙学家们还是有一些办法可以用来窥探宇宙秘密的。没了星系运动的观测数据可供参考，1000亿年后的宇宙学研究起来的确不太方便，但是其他一些天体有能力顶替消失了的星系的空缺。

有一种被称为超高速恒星的特殊天体，可以帮助未来的宇宙学家了解这个空虚的宇宙。天文学家在2005年发现了第一颗超高速恒星，这颗年轻的大质量蓝色恒星正在以850千米/秒的极高速度穿过银河系的外围空间。它距离银河中心25万光年，以它的速度已经可以摆脱银河的引力逃出我们的星系了。之所以能跑这么快，是由于它最初靠近了银河系中心的超大质量黑洞，而被黑洞高速旋转的动能弹飞了出去。

现在，天文学家已经发现了14颗这样的超高速恒星。据估算，银河系在100亿年前诞生之后，大概每100万年就会抛出去一颗超高速恒星，这样下来已经有100万颗恒星被弹射出去，最远的已经跑到了5000万光年之外。

由此推算，1000亿年后，仙女星系和银河系合并后，在新星系中心形成又一个超大质量黑洞，同样会把一些恒星弹射出去。这些未来的超高速行星，将会成为未来天文学家发现宇宙膨胀真相的关键。和今天宇宙学家所利用的星系或超新星一样，这些超高速恒星发出的光也会由于宇宙膨胀，波长被拉长。光是电磁波，红色光的波长比其他颜色光的波长要长，星光的光谱线向波长较长的方向移动，即向红端移动，被称为“红移”。通过观测不同距离的超高速恒星的红移，1000亿年后的宇宙学家同样可以发现宇宙在膨胀，而且是在加速膨胀，与我们今天的结论相同。既然知道了宇宙在一直膨胀，他们就可以推测出过去宇宙中物质的密度也要比那时大得多。

超高速恒星也可以帮助未来的天文学家们了解自己所在星系的一些情况。因为这些恒星在被抛出之初，首先要穿过整个星系，星系中所有物质产生的引力会一直拖着恒星，使其减速。这样，观测那些还没有跑出太远的恒星的减速情况，就可能推算出整个星系的质量和密度。

窥探大爆炸

虽然通过超高速恒星，未来的宇宙学家能够计算出宇宙的膨胀，但他们能够推算出宇宙起源于一场大爆炸吗？

弥漫在整个宇宙中的微波背景辐射是大爆炸理论的重要证据之一，这些微波本来是宇宙早期发出的光，后来由于宇宙的膨胀，这些宇宙早期的光，波长被拉长到了微波波段。随着宇宙的继续膨胀，背景辐射的波长还会继续增加。目前，宇宙微波背景辐射的波长是2毫米，到了1000亿年之后，波长会变得比可观测到的宇宙尺寸还要长。于是，到那时就再也观测不到什么背景辐射了，也就没办法通过它来发现宇宙曾经处于高温高密度的状态了。

不过未来的宇宙学家们还有其他办法。宇宙大爆炸之初，宇宙经历过一个极端高温高密度的阶段，合成了大量氦和锂等轻元素，如今这些元素在宇宙物质中仍然占有很大比重，这么多的轻元素是没有办法通过恒星的聚变反应制造出来的，只有宇宙早期经历过一个极端高温高密度的阶段，才能合成这么多的氦元素。所以，1000亿年后的宇宙学家们可以通过观测宇宙中氦和锂等轻元素在物质中所占的比重，来判断出宇宙经历过大爆炸。

当然，这些设想的前提是未来的宇宙会变得愈发空洞无趣，但智慧文明所能达到的高度是我们今天所无法想像的。也许未来的银河系居民有力量改天换地，可以把星系聚集在一起，或是简单一点移居到密集的星系团中心去，那样的话，他们依然可以拥有丰富多彩的夜空，依然能够轻易推算出宇宙的来龙去脉。