當我們環顧四周時，所看到的一切似乎都那麼永恆。即便山會被侵蝕成峽谷，河流會蜿蜒流轉，海岸會隨時空變換，板塊會漂移，但是山河海陸最終還是在我們的眼前。儘管事實或許與我們的直覺相反，但只要我們將正在進行的過程投射到未來，一個非常清晰的結論就會浮現：
我們的星球註定滅亡。
好訊息是，這一終極厄運離我們還非常遙遠。然而，眼下人類面臨著更為緊迫的生存威脅——一顆巨大的流星、徹底崩壞的生態系統、某場核戰爭、某種在真正變成威脅地球的重大問題之前人們所意識不到的問題，都更有可能摧毀我們。即使我們能設法克服人類最有可能面臨的自滅亡方式，例如調節了大氣中的碳、擴大了食物供應的種類、抵禦了外星人的入侵、平息了機器人的暴動等等，現在的任何讓地球變得宜居的自然過程，終有一天會帶領我們走向終結。原因如下。
我們的恆星——太陽，是影響地球宜居性的最大因素。地表的溫度範圍取決於我們接收到的光的強度。我們所接收的光譜與地球大氣和磁場協同作用，決定了地球上電離輻射的背景水平。只要地球仍是我們賴以生存的棲息地，我們就完全受太陽的支配。只要它的光度能大致地保持穩定，我們就能在這裡快樂地生存下去。
但不幸的是，太陽正在越變越亮、越變越熱。隨著反應速率的增加，太陽閃耀著更加灼熱的光芒。這種變化是緩慢的，以每10億年約6%~10%的速率變化著，這種程度的變化足以讓生命難以在地表上維持、甚至不可能維持。我們的海洋將於7億年之後蒸發，還是15億年之後蒸發，仍是科學界爭論的一個問題，但可以肯定地說，當這一切發生時，我們應該不會再想繼續待在這裡。
所以，我們必須離開地球。這沒什麼大事，對吧？我們是人類！我們已經成功將12個人送去過月球！我們能分裂原子！我們能對基因組進行測序，還建立了網際網路！我們能做成任何事……對吧?
困難重重的太空之旅
探索太陽系。(圖/ESA – P.Carril)
毫無疑問，殖民外太空，在地球之外進行開發、建造棲息地、再永久地定居在那，是人類有史以來將要完成的最偉大任務。它的挑戰是無與倫比的。要進入外太空，人類需要空氣、水、食物、衛生設施、電力、推進、引導和通訊。若真的要在那裡居住，需要的還會更多。
任何有潛力的太空殖民地，都需要能提供地球給予的我們的、已被視為理所當然的一切。地球為我們和我們的食物提供了所需氣體的精確混合，並讓這些氣體維持在不會在我們的組織內沸騰的壓力。它提供了基質（土壤），在這個基質上我們既可以種植食物，又能從固體廢物中回收營養。它的表面充滿了水——這種在生物中起著關鍵作用的普遍存在的溶劑，並且通過太陽能水循環提供純天然的尿液蒸餾。有害的電離輻射被上層大氣中的臭氧層遮蔽，高能的太陽離子被強大的磁場偏轉。當我們需要陪伴時，我們擁有許多可以與之交流的人類同伴；當我們想要獨處時，也能擁有隻屬於自己的空間。
我們已經學會如何在國際空間站回收空氣和水（固體廢物會被丟棄）。水耕栽培技術讓在沒有土壤的情況下種植食物成為可能，但我們還沒能弄清楚如何以任何規模種植任何種類的作物與植被。可以用來製作成有效輻射屏障的材料往往密度很大，這使得它們即便可以應用於航天器上，但也會既笨拙又昂貴。目前的宇航員要接受極端的心理測試和監控，以減少由於在有限空間內近距離接觸時會產生的不可避免的人際摩擦。其中的許多問題都是簡單的工程問題；我們需要做的只是把理論上的可能性轉化為工作原型就可以了。
而重力所帶來的挑戰就更加嚴峻了。或多或少，在太空中生活的每一個困難都可歸結於這樣一個事實：我們和我們吃的所有食物都已經進化到會以9.81米/秒²的加速度向某個表面均勻加速。如果沒有這樣一種持續的牽引力，我們的身體就會開始退化。鈣會從我們的骨骼中抽離，然後以腎結石的形式沉積在我們的尿道中。肌肉變得虛弱，心臟也是。所以當宇航員返回地球后，他們需要接受數週的肌肉訓練治療，以重獲行走能力。在太空中，血液和其他液體會聚集在我們的頭部，從而模糊我們的視線，這種損傷有可能是永久性的。通常情況下，優秀的視力是選擇宇航員的一個典型標準，而在他們返回時已經需要佩戴眼鏡，因為眼睛和視神經都受到損傷而發生變形。總而言之，微重力對我們的健康有害。但這只是短期的。
若要在太空中建立永久的居住點，我們最終需要能夠在那裡創造新的人類。撇開工程和隱私的問題不談，能否在微重力環境下進行繁殖或許還是個問題。我們對於微重力對胚胎和胎兒發育的影響知之甚少，兒童的早期發育可能會因此受到嚴重影響。孕婦會面臨哪些新的併發症和風險？我們不知道的還太多太多。
人類的長期棲息地是需要重力的，或者至少需要能模擬重力。旋轉的航天器和空間站就能做到這一點，但這樣的結構需要非常大，否則飛船上的乘客會覺得自己身在遊樂場的旋轉飛車。建造這種結構對材料的要求非常高，它的抗拉強度必須是大型懸索橋所需要的。我們在近地軌道上既沒有任何鑄造廠亦沒有礦井，因此我們必須將這些材料從地表發射出去，在它們抵達目的地之後再進行組裝。要構建這樣一個龐然大物，要麼需要花掉一個歐洲小國的GDP（幾千億甚至上萬億），要麼在材料科學方面取得某些極端的進步。
假設人類能夠克服所有的這些障礙，再假設在外太陽系的一個旋轉宇宙飛船中，已經居住了大批太空遊民。有的或許去到了木星或土星這類氣體巨星系統中，並從這些行星的衛星中提取資源。有的或許去到了小行星帶，在那裡開採重金屬和核燃料。還有的或許試圖將火星表面改造成更適宜居住的地方。太陽系中的多數行星的表面重力都比地球低。一旦我們無法再回到地球，就會有足夠的動力去適應不同於地球的低重力環境。旋轉速度較低的飛船可以用較輕的材料來建造；不受重力影響的身體消耗的熱量也會更少。不同的環境可能會激勵出不同的變化。根據這些群體的孤立程度，幾代人之後，我們或許會看到人類在不同的行星進化成不同的物種。也許在某種程度上，一個木星人和一個火星人可能會因為基因差異太大，而無法繁衍出可存活的後代。
太陽系也註定難逃滅亡的命運
在地球上的海洋消失約40億年之後，那時更加明亮的太陽將再經歷一次變化。太陽核心中的氫將全部聚變成氦，氫與氫之間的核反應將在短時間內停止。太陽核心的核反應以及由核反應產生的熱量，是支撐這顆恆星的其餘部分抵抗自身重力而不至於坍縮的原因。沒有了它們，包層就會開始坍縮並擠壓已形成的氦核，直到電子簡併壓力阻止這一切。氫會在太陽核心之外的區域堆積起來，足以在簡併核周圍的一層薄殼中開始更多的氫聚變。這時，核心外的溫度會激增，所有這些多餘的能量會導致包層的膨脹和冷卻。此時太陽變大了許多，膨脹成一顆紅巨星，它將水星與金星吞沒，地球也很可能難以倖免。在接下來的一二十億年裡，太陽將穩定地維持著這種結構。
當太陽變成一顆紅巨星，地球很可能會被吞噬。(圖/Wikimedia Commons/Fsgregs)
如果那時我們還能活著，將要應對多少有趣的變化啊？宜居帶（在大氣壓下可有液態水存在的軌道範圍）將會擴張。在火星和小行星帶區域駐紮的人們或許就要選擇離開，前往變得更溫暖、更明亮的海王星和天王星系統，儘管這些系統對於液態水來說可能仍然太熱。無論木星和土星在此刻擁有多麼豐富絢麗的環系統，它們最終都會升華。木衛二和土衛二將失去它們的海洋。人類將被迫離開剛剛從冰封中甦醒的柯伊伯帶。那些沒有參與上一次大移居的人們，可能要尋求一次星際之旅，踏上將要耗時世代之久的通向其他恆星的旅程；這或許是這樣做的好時機，因為從此刻起，太陽系的情況或多或少開始走下坡路。或許有人能在鬩神星、冥王星或其他行星上找到新的安身之處，儘管終有一天這些冰凍著的行星也會看到它們的冰面融化直至沸騰。
與此同時，在太陽核心周圍氫燃燒的區域，產生的氦下沉到簡併核，使得熱量和密度都得到增加。在一個被稱為氦閃的臨界點，核心會迅速燃燒大量的氦並開始再次擴張。接下來將要發生的事情，對於在像太陽這類低質量恆星來說可能會很複雜，它會伴隨大量複雜的疏浚和脈動，但在這些末端階段，太陽的核心會開始以波的形式向外噴射出非常熱但又非常分散的包層。被噴射出的恆星物質會在來自核心的強烈紫外線中發生電離，從而閃耀著明亮的顏色。最終，太陽的核心將開始暴露，一顆白矮星由美麗的行星狀星雲所環繞。這些殘餘物將在數十億年後才慢慢冷卻。
星際探險
假設這華麗的一幕被居住在其他星系的人類看到了，他們定能指著星雲告訴孩子們：那裡是我們的故鄉。我們很難具體說清要如何才能看到這一幕，因為這是讓我們預測距離現在70億年之久的科技，但我們可以稍微設想一下那樣的社群和那時的生活方式。需要考慮的因素有許多，其中最重要的一個問題是他們可以使用怎樣的推進力。
離子推力器是目前科學已知的最高效的引擎，但它們的速度極慢、功率極低。用它們來實現太空殖民將是一代人的努力。每架飛船或艦隊都需要能自維持一個獨立的社會和生態系統，在數萬年的時間裡與人類隔絕。人口將需要受到嚴格控制，甚至死了之後也要被循環利用以給農作物施肥。成千上萬年所導致的必然停滯可能會帶來許多後果。人們可能會變得排外或思想僵化，可能遭受政變或大屠殺。一代又一代的人類將如何應對自我強制的遺傳瓶頸？當他們最終抵達一顆可居住的系外行星時，他們會願意登陸嗎？
假設未來的人類已經找到一種能在不損失大量質量的情況下而獲得線性動量的方法。這本身就很奇妙，但正如亞瑟·查爾斯·克拉克（Arthur Charles Clarke）所說：「任何足夠先進的技術都與魔法無異。」與一個先進的電源（例如它可能是通過從星際間汲取反物質，再與飛船上的物質湮滅而產生能量）相連，這樣人類就完全可以去掉以恆定的加速度（例如地球重力加速度：1g）而讓飛船旋轉的引擎。如果他們能讓這些魔法引擎運轉多年，那麼他們就能用幾年或幾十年的時間在恆星之間穿行，而非幾十甚至數百年。有了一臺1g引擎，飛船上的人只需要花10年的時間就能穿越100光年的旅程，但基於相對論效應，它們的目的地將會經歷超過一個世紀之久。旅行時間越長，時間膨脹的效應也就越嚴重。當兩隊沿著不同路線行進的人相遇時，可能會出現讓人困惑的局面，因為他們的主觀旅行時間可能會相差幾個世紀。一艘飛船可以在二十年內抵達銀河系的最遠端，而地球上卻已過了八萬年。此外，這類飛船還需具備一些更「神奇」的技術，例如在它們以相對論性的速度飛行時，需要在行進的過程中設法避開星際塵埃。我們有理由相信這是可以做到的，因為人類在過去克服了許多前人無法解決的挑戰。
還有一種非常真實的可能性就是當我們到達其他恆星系統時，發現那裡已經被其他物種佔領了。任何由這種情況帶來的威脅都應該被認為是不存在的，因為一旦我們深入地分佈在群星之中，那麼就一定要採取某些非凡的舉措來完全地消滅我們的每一個殖民地。從銀河系散居的規模來看，無論是一場能殺死整個殖民地艦隊的超級大瘟疫，還是一個暴政的星際外星帝國，其破壞性都沒有那麼大。就像是現代人也要面臨核武器、機器人崛起和小行星撞擊地球這樣的危險。
然而，還有一種必將存在的風險。以我們所談論的這種時間尺度，我們的後代或將不再是我們認識的「人類」。未來人類之間的彼此不同或許就如他們不同於我們一樣。人類是能自我複製DNA和有性繁殖的生物物種；如果將這種生物種群通過種群瓶頸進行幾代的隔離，那麼這些種群就會進化並形成新的物種。即使他們能與鄰近的恆星系統中的人類保持通婚，人類仍會發生改變併產生進化。到那時，那個時代的人類將注視著我們這個時代的人工製品，然後驚奇地發現原來他們可能是我們這種奇怪生物的後代。
最終的命運
一旦我們安定在星系的另一側，我們將會持續很長一段時間的穩定。恆星終將死去，它們會被其他事物所取代。每隔幾十億年，我們的星系可能就會與本星系群的另一個星系合併，隨著一波又一波的恆星形成放出緩慢而耀眼的光芒。那些在我們所在的本星系群之外的星系，在歷經數千億年的時間之後，慢慢地隨著紅移而淡出我們的視野？最終，距離此刻數萬億甚至數十萬億年之後，恆星的形成將會結束。如果人類能生存這麼久，那麼我們也會認為自己是幸運的吧。
由我們所在的本星系群中的所有星系合併而成的超級星系，將隨著一顆一顆消亡的恆星而慢慢消失。在幾百萬年之內，最大的那些恆星將先行離去。矮星將是最後離去的，它們比人類本身要古老得多。恆星紀元形成的最後一顆恆星，將在恆星形成結束後的十萬億年內死亡，留下一個寒冷而黑暗的宇宙，其間不時出現一顆由褐矮星合併而成的恆星，在黑暗中閃耀數百萬年的時間。
在未來廣闊的時間裡，所有尺度的軌道系統都會衰變；衛星要麼盤旋進入行星而成為行星的一部分，要麼獲得逃逸速度而離開行星，圍繞著恆星殘骸的行星也在做著同樣的事情，圍繞星系中心的恆星殘骸亦是如此。最終，除了黑洞、被噴射出的行星和恆星殘骸，以及輻射之外，什麼都不會留下。在10¹⁰⁰年的時間尺度上，黑洞甚至都會隨著霍金輻射而蒸發。
假如在那一刻人類仍頑強的存在，我們或許應該拱手認負。因為宇宙將不再適宜居住，它已經沒有了能源。我們的能量儲備將不可避免地耗盡，人類終將消亡。就目前的科學而言，人類最後所懷有的那絲希望也可能在這一刻耗盡。當然，我們目前對宇宙的描述可能並不完整。經過上萬億年的科技進步，我們或許能找到已知宇宙之外的地方，並知道該如何利用它們。說不定我們會掌握如何從零開始創造宇宙呢。無論未來會發現什麼，無法逃避的是，我們已知宇宙的壽命是有限的。
#創作團隊：
撰文：詹姆斯·菲利普斯（James Phillips）
排版：雯雯
#拓展閱讀：
http://www.sciencemag.org/news/2014/01/earth-wont-die-soon-thought
https://www.nasa.gov/pdf/146558main_RecyclingEDA(final)%204_10_06.pdf
https://www.space.com/9327-embryonic-idea-human-procreation-space-perilous.html
https://www.popsci.com/nasa-growing-food-in-space#page-2
https://www.quora.com/How-does-the-solid-human-waste-removal-system-on-the-ISS-work
https://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace
http://stars.astro.illinois.edu/sow/pn.html
https://astro.uni-bonn.de/~nlanger/siu_web/ssescript/new/chapter9.pdf
#圖片來源：
封面圖&首圖：新原理研究所