遥远的未来会是什么样子，我们真能说得准吗？连下个月什么时候下雨都不知道，预想几十亿年以后的事情似乎只能是天方夜谭。不过，并非所有事情都像天气那样混沌难测，预测遥远的未来也是有可能的，特别是在天体物理学和宇宙学方面。这种预测方法被称之为“物理末世论”，由天文学家马丁‧里斯（Martin Rees）提出，利用天体物理学建构的模型，预测宇宙的发展。
遥远的未来会是什么样子，我们真能说得准吗？连下个月什么时候下雨都不知道，预想几十亿年以后的事情似乎只能是天方夜谭。
不过，并非所有事情都像天气那样混沌难测，预测遥远的未来也是有可能的，特别是在天体物理学和宇宙学方面。我们能够肯定，2090年9月23日这一天英国一定会出现日全食，因为月亮、太阳以及地球都是沿着可预知的轨道在稳定运行，受到的干扰微乎其微，而且万有引力定律也已经得到全面证实。同样地，我们也可以利用已知的天体物理学知识预测出在宇宙膨胀的过程中可能会发生哪些事情。
这种预测方法被称之为“物理末世论”，由天文学家马丁‧里斯（Martin Rees）提出，利用天体物理学建构的模型，预测宇宙的发展。末世论在基督教神学领域研究的是世界末日等终极问题，里斯正是借鉴于此。相关的经典之作是戴森（Freeman Dyson）在1979年发表的一篇文章，讨论开放宇宙中的生命前景。论文认为太阳死亡，以及恒星逃离银河系等可能存在的灾难都会对遥远未来的地球生命造成威胁。
那么，如果人类能够延续到如此遥远的未来，会面临什么样的最严峻的挑战？我们并不知道该如何克服这些挑战，或能否克服这些挑战，此处我只能做一些猜测。但可以肯定的是，这些事关人类文明存亡的威胁正在向我们迎面而来。
问题1：人类能否超越哺乳动物宿命
一个典型哺乳动物物种的存在时间大约为100万年。对人类而言，除了从核战争到生物工程可能引发的传染病，还有其他可能毁灭人类的危险迫切需要面对和解决。今天，人类自作孽造成的灭绝风险已远远高于发生自然灭绝事件的概率。
要想解决现有的人类生存风险以及可持续问题，我们还得应对许多其他挑战。
人类在未来几万年内，首先面临的是本次间冰期（两个冰河期之间的时期）的结束。目前人类正处于一个漫长冰川时代中的一个短暂温暖的间冰期之中，间冰期结束，地球将会变得非常寒冷。不过我们的祖先活过了冰川时代，再过寒冷生活可能问题不大，只不过我们的祖先是游牧人，靠狩猎采集维生，还没有一个全球性的文明。
人类还可能经历不同地质时期之间的气候大变迁。在远古时代，地球曾经非常寒冷，但也曾经非常暖和。在5600万年前到3400万年前的始新世地质年代，地球的气温要比现在高10摄氏度，北极也有棕榈树和鳄鱼，而赤道地区则太过炎热，人类如生活在这样的赤道，不采取保护措施根本无法生存。再往前还有过“冰雪地球”时期，当时整个地球基本都被冰雪所覆盖。
此外人类还可能遭遇超级大火山喷发、小行星撞地球、来自宇宙的伽马射线暴，或紧急生态大灾难等能毁灭人类文明的种种危险。我们人类已知，上述大灾难曾导致地球约每1亿年就会出现一次物种大灭绝事件。
最终可能不再有智人这个物种存在，人类可能会进化成一个新的物种。人类一直在演化变异中，并受到物竞天择的自然筛选，即或如今医疗条件良好，但交通事故也会让人英年而逝，犹如是一种自然淘汰。现代生物科技也让我们能够改良自身基因，甚至还有能将人与人工合为一体的科技。相信再过几百万年，未来的人类将会与我们是面目全非，除非我们有意决定维护我们的现存基因，不让其发生任何的改变，并在未来漫长的地质年代中一直坚守到底。
如果“人类”（姑且仍称之为人类）10亿年后还存在，将一定会拥有可传之久远的文明，能够应对行星级别的大灾难，能够规划以地质年代为单位的人类前景，那时的人类跟现在的人类相比，差异之大就跟我们当今人类和二亿五千万前已灭绝的三叶虫的区别差不多。人类要想比其他哺乳类动物活得更长久，就得大变身成为其他物种，说来也是讽刺。
问题2：能否存活到地球生物圈终结之后
再过10亿年（或者前后差个几亿年），太阳光亮度的增强会给地球上的生命带来灭顶之灾。
太阳热量的增加会加剧岩石的风化，从而引发一系列化学反应，消除空气在碳循环过程中的大量二氧化碳，最终摧毁以二氧化碳进行光合作用的植物。此外，地球会热得像一个失控的温室，从海洋中蒸发出越来越多的水蒸汽，从而使得地球更加炎热。
其中一个办法是建造超大规模的工程，尽可能长时期保护地球生物圈。那时的人类还可以实施地球工程，在平流层添加能够反射太阳光的悬浮颗粒，或是在地球与太阳之间建造一个太阳遮板，甚至可以把地球往远离太阳的方向移一移。
另一个解决之道是将地球生命转移到太空，当然要是那时人类还没开始太空移民的话。宇宙看来存在适宜生命居住的行星，而且太空中的物质要比地球表面积大好几十亿倍。就算人类移民太空的工程是非常的艰巨，但请别忘了，我们人类还有10亿年的时间来提高技术，增加财富，进行建造。
到了这个关头，人类文明要想延续下去，就必须到太阳系中去建立新的家园。
问题3：人类能活到太阳功能减弱之后吗
再过大约50亿年，太阳核心的氢聚变反应加快，氦元素逐渐增大，太阳的明亮程度会快速增长。这时的太阳结束其主序星阶段，膨胀成一颗硕大的红巨星。虽然这时太阳的表面温度会降低，但由于表面积巨大，所辐射的光将远远超过现在的太阳。这时地球的末日也就到，很可能会被不断变大的太阳所吞噬。就算没有被太阳吃掉，也会被空前强烈的太阳光煎烤成一块连一丝风一滴水都没有的大石头。之后太阳“很快”（这是以宇宙的时间而言，但大约也要10亿年）将其绝大部分物质向外抛出，形成星云，这时的太阳会变成一颗小型的白矮星。
太阳系的智慧生命要想躲过此劫，就必须移民到其他星系。那时已达超级智慧的人类当然也可以尝试去适应此时的环境，但变成白矮星的太阳已没有多少的光和能量可以发出，人类不得不离开太阳系。
要到达其他星系建立新家园，需要速度极大的航天器，否则就要花上非常漫长的时间。
对于已经生活在自给自足的太阳系太空生命基地上的未来人类，当太阳死亡，移民外星系，寻找或建立新的生命家园也是很自然的事情。但这需要源源不断维持很长时间的能量供给，而且前往太阳系外的星系，飞行速度也不能太慢。此外还要有足够的物质来维持这场跨越千年的迁徙。
飞往太阳之外的星系最有可能的方式，是使用小型的纳米机器人太空器。大型星际飞船需要巨大能量才能达到一定速度，使用小型太空器可以利用反光帆板和强劲射线推动快速行进，效果会更好。纳米机器人太空器不仅体积小，而且可大量使用。如果发射一个失败，那就发射一千个。纳米太空器还可以搭载着遗传基因以创造生命，甚至搭载人类。到达其他星系后，这些小型太空器可以在适合的小行星上降落，打开太阳能收集器，开采物质，并制造更多的机器人、太阳能收集器以及工厂。最终，建成一个个太空栖息地，让人类能够在这些机器人建造的生命基地上繁衍人类文明。
称之为人类的这一地球物种可能永远也无法离开太阳系。此刻，我们可以提出这样的问题，向太阳系外的星系发展的智慧生命到底是我们人类自己，还是一个新的生命物种。但无论如何，人类的后代如果真的能熬过太阳变成红巨星这个灾难，活了下来，那一定应该已生活在银河系的其他的恒星之中。
问题4：能存活到恒星消亡之后吗
宇宙的恒星形成的巅峰时期已经来临，在未来的几百亿年里，我们将迎来最高“恒星巅峰”期。那时明亮且寿命较短的恒星将会燃烧殆尽，剩下的都是稳定且寿命较长的红矮星，发光时间可达数万亿年。但是恒星形成的数量将会下降，再过几千几万亿年，红矮星也将坍塌消散。生命要想存续，不能依靠恒星的光热，而是需要其他能量来源。
可能性其实很多，可以使用褐矮星以及气态行星上的氢制造核聚变产生能量，或是将物质投入黑洞的吸积盘中，收集释放出的能量。甚至利用一种被称为超辐射的东西（也就是所谓"黑洞炸弹"）按一定角度抛入黑洞强大的旋转盘，然后带着新获取的能量逃逸出来。不论哪种方法，都是巨大无比的工程。那么使用普通的核能可以吗？如果没有超新星爆炸合并旁边的中子星而产生可裂变同位素，也就不会再有核裂变的能量。现在超新星爆炸已是非常久远的事了。当行星内部的同位素逐渐衰变冷却后，行星的地热能也会消耗一空。
“生命”或许也可以适应低温和极特异的环境。人工智能及硅基生命或许也能在近乎绝对零度的环境中生存。在恒星陆续死亡后，也有可能是，碳基生命及其智慧体会退居到舒适的虚拟世界中，而这个虚拟世界比外部实体的宇宙还要广阔和复杂。
如果人类能够活到恒星消亡之后，人类就会成为宇宙中最大的能量源。
问题5：能活到银河系消亡之后吗？
没有规律的恒星运动最终会导致银河系的解体。恒星彼此间不时擦肩而过，速度会随机发生改变。有时，恒星因此获得的速度能令它逃离银河系，消失在无尽的虚无之中，而余下的银河系则聚合得更加紧密。最终，在大约一万亿亿年之后，整个银河系的星体或者会四散于宇宙，或者全部掉入银河系核心的黑洞之中。围绕恒星运转的行星也会在这一巨变中被抛离运行轨道。
智慧生命要想逃过此大灾难，就要将恒星引到长期稳定的轨道上来。
从物理学的角度来说这是有可能的！就目前而言，至少可以用电磁波发射器微调恒星的运行。发射器发出的辐射就像小马力的火箭引擎一样能产生动力，以控制恒星相遇时的速度。这就好比人类利用其他天体的引力为两枚外太阳系太空探测器旅行者号调整运行方向以及提升速度一样，只不过要干扰恒星运行的电磁波发射器要巨大得多。这就像是一局最大型的台球游戏，恒星在改变轨道时也可以进一步相互推动。
这需要在每一个恒星周围建造巨型工程，事前要进行巨大的规划，而工程所需要的物质总量也很大，相当于每个恒星系大约就要一颗大型的小行星。而建造的物理原理则相对清晰明了。关键是要在十亿年的时间跨度规划协调这些工程项目。不过到那个时候，人类已经克服过种种难关，这样的太空工程对他们来说可能不过是稀松平常事。
问题6：存活到宇宙物质消散之后
我们所谓的物质全部是由质子、中子和电子这些粒子所组成的原子构成的。质子和电子一般来说非常稳定。中子靠质子来稳定，其自身的半衰期只有几分钟。
但许多物理学理论都认为，质子并非真的稳定，放到漫长的时间维度上看最终也将发生衰变。虽然科学界有过一些艰苦卓绝的研究，但目前还没有观察到质子的衰变。不过这只能说明如果质子真的会衰变，可能需要几万亿年的时间。
质子的衰变将会终结我们所认知的物质世界。宇宙中的恒星与行星物质都会慢慢解体变成电磁波及自由电子和正电子，不能再形成能供生命栖息的天体。宇宙中最后一批寒冷的黑矮星（恒星残骸）会逐渐成为静止不动的氦晶体及氢晶体，直至灰飞烟灭。这时空旷的宇宙中只有一些基本粒子和黑洞。
人类能够幸免于难吗？答案可以参考阿西莫夫（Isaac Asimov）优秀的短篇小说《最后的问题》（The Last Question）。小说中一台大型计算机的回答是：“数据不足，无法作答。”
本文作者为牛津大学人类未来研究所的研究员，推特账号@anderssandberg。