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顾名思义，红巨星之所以得名，是因为它们是红色的，而且很大。所有像太阳这样的恒星在核燃料用尽之后都会遭此劫难。只要在太阳的核心有足够的氢提供能源，通过转换质子（氢核）变成氦核使外层能够抵御自身的引力，太阳就能基本无恙，地球上的生命也就能基本无恙。87总体说来，太阳的燃料足够燃烧大约100亿年，而到目前其长时间的稳定期尚未过去一半。这无疑是好消息。
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当像太阳这样的恒星核心的氢燃料耗尽，它就无法再抵御自身的引力，因此会缩小。但是随着内核缩小，恒星会释放出引力能量，从而使核心温度升高，这种额外的热量会使得恒星的外层膨胀进入宇宙空间。由于恒星内核变热，更多的热会从其表面释放。但是，由于恒星不断扩大，其表面积也会增加，因此这两种变化的净效应是，虽然恒星表面总的热量增加了，但是每平方米表面释放的热量实际上却下降了，因为表面积增加得更快。因此，尽管有更多的能量释放到太空，其表面温度会下降。这就是为什么红巨星是红色的，而不是黄色或蓝色的——红色且热的物体的温度比蓝色热物体的温度低。但是，这个第一次的巨星经历很快就会过去。恒星内核中额外的热量会点燃氦燃烧，氦原子核融合在一起形成碳原子核。这一过程释放的能量可以使内核略有扩大，温度略有降低，而外层则会从其扩张状态退缩回来。
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当内核所有的氦用光后（这只需1亿年，远远比不上恒星生命过程中的氢燃烧阶段），同样的事情会再次发生。恒星内核再次缩小变热，而外层扩张得更厉害，使其成为超巨星。碳是像太阳这样的恒星核合成的终点，而且我们也已经看到，制造更重的元素的过程只能发生在更大的恒星中。不过，与太阳质量相当的恒星在一段时间内能保持在超巨星状态，其内核是碳核心，内核向外还有一层壳，其中的氢燃烧成氦。这使得其内核不断变得更大更致密，而恒星的外层则持续扩张，将许多材料抛入太空。最终，当所有的燃料耗尽，恒星将冷却收缩成白矮星。这时恒星燃烧的灰烬，质量与太阳一样，但体积却不大于地球。
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许多常见的说法（甚至一些教科书也这么说，按说其作者本应该了解得更全面）告诉我们，75亿年后，当太阳变成红色超巨星，地球就会被太阳吞没。按照这些情况估计，地球上的生命会在大约55亿年后灭绝，那时太阳会变得比现在明亮两倍，会将地球烤焦。但是，作出如此预测的人所犯的错误在于，在每一步计算中，他们使用的都是太阳目前的质量，而且当他们拿恒星（其中包括红巨星）的观测数据进行对比的时候，找的也是与现在的太阳质量相同的对象。他们没有考虑太阳的质量会随着年龄增加而减少，而且尤其是在扩张阶段，质量会丧失很快。目前质量和太阳相同的红巨星，其起始质量要比太阳大得多，而起始质量和太阳相同的恒星在变成红巨星的时候，质量则会减少很多。即使只是粗略地计算一下，也表明地球永远不会被太阳吞没。当然了，依照自然进程的发展，它有朝一日的确无法作为生命的家园继续存在，一些更有见识的预言家早已表明了这一点。但是现在我们可以做得更好。在英国萨塞克斯大学，我的一些同事对太阳和地球的命运进行了更准确的预测。他们的预测为我们提供了关于这颗星球长期命运最好的指南。88
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目前，地球轨道距离太阳约1.5亿千米。89他们的计算（以及对银河系中现在观测到的红巨星的对比）表明，当太阳第一次变成红巨星，即使在去除质量损失之后，其半径也会扩张到1.68亿千米，这似乎足以吞没地球。但是到那个时候，由于它已经失去很多的质量，其对行星的引力也会大幅度降低，地球将漂移到半径为1.85亿千米的轨道上。而在扩张的后一阶段，由于太阳外层的质量损失很多（当它变成红巨星时，会损失其初始质量的20%），驱动氢燃烧的燃料会减少很多，事实上，太阳自身永远不会变成“超巨星”——在第二个扩张阶段，其半径将增加至只有1.72亿千米，还比不上在第一个红巨星阶段扩张的幅度，仍不足以吞没地球。到那时，太阳损失的总质量将达到起始质量的大约30%，地球的轨道半径将扩大到2.2亿千米，比目前的轨道半径增加了几乎50%。这几乎完全就是目前火星的轨道，而届时火星会漂移到更远的轨道上。
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随着这一切次第发生，在第一个扩张阶段，太阳的亮度将增加至目前的2800倍，在第二阶段成为巨星时则会增加至4200倍。但是即使在其最明亮的时候，其表面温度却会下降一半以上，从目前的5800K下降到只有2700K。
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这一新的预测并没有给水星和金星这两颗内行星带来多少希望。水星是如此接近太阳，远在太阳达到其最大尺寸之前就会被吞噬了，而且虽然在太阳的第一个扩张阶段，金星的轨道半径将从目前的1.08亿千米扩大到1.34亿千米，但它仍然处于那时的太阳表面的3000万千米以下。一旦陷入太阳的大气中，金星将很快坠落到太阳内部，走向末日。
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地球需要多长时间会变得让人类这样的生命感到不适这样的问题有些不切实际，但我们可以利用这些计算，从宇宙的视角来考虑人类现在面临的一个问题。现在科学界公认，到21世纪末，人为的温室效应很可能会使地球的平均气温升高至少5摄氏度（实际上，这是一个相当保守的估计）。太阳逐渐变暖也会在8亿年的时间内产生同样的变暖效应。换句话说，人类活动将这一进程的速度加快了1000万倍。苏塞克斯大学的研究小组提出，如果我们把海洋开始沸腾视作地球不适宜像人类这样的生命形式居住的标志，那么假设我们停止干扰地球热平衡的活动，这一情况将在57亿年之后出现。90也许，对我们的后代或（更可能的情况下）地球上演化出现的任何新的智能物种来说，他们将有足够的时间在宇宙空间寻找到新的家园。但还有另一个局部的办法解决这一问题，也许我们无须认真对待它，但是这却表明不论多么小的效应，一旦放到天文时间背景下，也会累积产生巨大的效应。
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任何对使用无人驾驶空间探测器探索太阳系感兴趣的人都知道，这些探测器在飞往遥远的行星的时候，往往要借助其他行星轨道的引力加速效应——比如金星或木星——利用行星的引力来给探测器加速。由于在我们所处的宇宙中，没有任何东西可以“不劳而获”，一切皆须付出代价，这意味着，被利用的行星会失去相应数额的能量。但是，由于探测器的质量比起行星的质量来说非常微小，因此这一影响可以忽略不计。我们也可以反其道而行之，派遣一个探测器飞往一颗行星，利用行星引力的作用使探测器减速，从而给该行星增加一丁点能量。但是，这样做意义何在？如果“探测器”足够大，而且该行星是地球的话，这么做就有意义。
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21世纪初，一组美国研究人员只是为了好玩，计算了一下为了抵消太阳随着年龄的增长逐渐升温的效应，地球轨道需要远离太阳多远。他们发现，只需利用现有的技术，加上非常谨慎的长期规划，就能实现这一点。窍门是，找一颗直径约100千米的小行星（比导致恐龙毁灭的小行星大5倍），给它加装一个火箭发动机，调整它的轨道，使其以恰好合适的轨道与地球擦身而过。让这块太空岩石沿着很长的椭圆形轨道运行，越过木星和土星，并且每六千年左右从地球附近飞过一次，每次飞过，它都会给地球一点推力，使其轨道向外移几千米。而在其轨道的另一端，这颗小行星将从木星或土星获得能量，维持自己的轨道，并使木星或土星的轨道略有缩小。这么做的净效应，是地球从外行星获得能量，并不断悄悄地远离太阳。原则上，这有可能使我们这个星球维持在较为舒适的状态，直到太阳变成红巨星。
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当然这么做并非毫无危险——比如，那颗太空中的岩石会定期在距离地球15000千米的地方飞过，任何一个小错误都可能导致灾难性的撞击。但是，当我们考虑一下，到2007年，距离人类发射第一颗人造地球卫星才只有五十周年，我们就已经有了这样的技术，那么，如果我们能熬过下个世纪，或许我们的后代会实施一些更复杂的行星工程。
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不过，在更漫长的时期内，太阳本身会死亡，最终冷却成为白矮星。起始质量比太阳更大的恒星最终可能成为更加致密的中子星。在这种星上，比太阳质量还大的物质会压缩在像地球上的一座大山一样的空间内，甚至会成为黑洞。一切都会死亡。我们对于宇宙的最终命运比起对于它的开端知道得要少得多，但话说回来，即使对于宇宙的开端，我们可能也只是“以为”我们知道。对于如果宇宙永远扩张下去，物质最终会怎样，这里有一些有趣的猜测（虽然是猜测，但仍然是基于真正的科学所作出的）。不可避免的是，这些恐怕是本书中最靠不住的内容，但这些内容比起几十年前人们对宇宙起源的认识来说，倒还算不上那么不靠谱。
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当我们谈论起物质的命运，真正能讨论的是重子的命运，因为我们还不知道该宇宙中其余的物质是什么。如果宇宙的膨胀持续足够长的时间，随着所有的造星材料都用尽，最终恒星的形成过程将结束。这里所涉及的时间无比的漫长，因此几乎不值得为其生发杞人之忧。这一过程应该在距今几万亿（1012）年之后结束——也就是说，当宇宙比现在的年龄大一百倍之时。随着所有的恒星都变成白矮星（冷却黑暗）、中子星或黑洞，星系将消失。星系本身也将缩小，部分原因是它们会通过引力辐射失去能量，另一部分原因是在与其他恒星遭遇时，会出现能源交换（就像利用弹射轨道时的能量交换一样），这样一颗恒星获得能量，进入穿越星系的轨道，另一颗则失去能量，并进入离星系中心更近的轨道。大多数星系的中心已经存在黑洞，而上述过程将导致黑洞数量进一步增加，吞噬更多的物质。
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即使是逃脱了这一命运的重子也不会持续太久。正如我们前面所讨论的，使重子在宇宙大爆炸中形成的同样的进程限定了重子在极其漫长的时期内，是不稳定的。最终的重子粒子将是质子和电子（甚至连中子都在几分钟的时间里衰变成质子、电子和中微子），质子必然（根据我们目前对粒子世界的了解）也会衰变，在1032年或更长的时间尺度上变成正电子和高能辐射。由于宇宙中所有的正电荷和所有的负电荷之间应该处于平衡，当这个过程完成后，也许在从现在开始1034年内，宇宙中所有的重子将已经转变成中微子、能量，以及同等数量的电子和正电子。电子和正电子将不可避免地碰面，湮没并释放出伽马射线。在超大质量的黑洞周围仍将有本初的重子构成的“物质”，但即使是黑洞也不会永远存在。一个大型黑洞的能量通过称为“霍金辐射”的一种过程，会非常缓慢地转化为辐射能，外加等量的粒子和反粒子，91它们会彼此相遇并彻底湮灭。在大约10120年后，如果宇宙能存在那么久的话，所有的一切都将通过霍金过程蒸发掉。
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但是宇宙能够长期以目前的形式存在吗？现今的聪明人都认为它不会，但是没有任何人有本事判断出在这三种选项中，到底哪个更有可能发生。
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根据“旧”的宇宙学——这里的“旧”意思是指大约在公元2000年前——宇宙可能会不断扩张下去，但是速度会逐渐减慢，所有这些衰变和湮灭都会发生。但是，由于存在暗能量或宇宙常数，这一切都发生了改变。“旧”的宇宙学的另外一个特点是，任何存在的智能物种都将有充分的机会观察命运的宇宙。我们可以看到的宇宙，实际上是以光速在膨胀。我们可以看到的宇宙的大小，就是从大爆炸以来，光所能穿越的距离，而这个空间也以光速在增大。超过了这个限制，宇宙中可能会有某些区域相对于我们退缩的速度比光速还快（这是因为空间本身就在不断扩大，而不是因为它们真的能以超过光速的速度在空间移动），对那些区域我们也将一无所知。宇宙的扩张速度不断变慢，但“光泡”向外总是以光速向外移动，虽然星系团最终可能彼此相距遥远，但是旧的宇宙学认为，我们仍有可能想象用超灵敏的探测器观测这些遥远的星系，直到它们衰老消失。但是，这种认识已经站不住脚了。
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我们知道（或者至少，我们认为自己知道），宇宙扩张之所以正在加速是因为存在暗能量。对这一证据最简单的解释是，这与真正恒常的宇宙常数有关——即每一块空间都有一个内在的、固定量的暗能量。对扩张加速度的这种解释受到了对遥远的超新星最新观测结果的支持（在撰写本书时是如此），这些结果是一个称为超新星遗产调查的项目的结果。2005年12月该项目的第一批成果，完全符合加速膨胀的宇宙的驱动力的确是宇宙常数这一设想。如果是这样的话，衰退和湮灭过程仍将以大致相同的方式进行，但是高智能生物恐怕不会有太大的机会去观察研究这些事了。由于宇宙膨胀正在不断加速，它不仅使遥远的星系团穿过了光泡的表面——有时也被称为宇宙视界——速度也超过了光泡本身扩张的速度，而且随着时间的推移，扩张速度会越来越快。我们很容易就能计算出来，如果宇宙继续以我们现在所观测到的同样的速度加速，那么在我们这个银河系所在的本星系群（the LocalGrouP）以外的所有星系，将在几千亿年的时间内（是目前的宇宙年龄的10倍多一点），就会彻底脱离我们的视线范围。我们的星系所剩的物质周围仍然会有一个可视的空间范围，但宇宙的地平线将以光的速度在消退，而且在“看得见”的宇宙之中，将变得一无所有。
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但是如果宇宙常数并不是真正恒常不变的呢？如果与某一特定量的空间相联系的暗能量会随着时间的推移而变化（可能变大，也可能变小），又会怎样？我们在前面所介绍的对超新星的研究，以及对宇宙微波背景辐射的研究，揭示出遥远的星系正在远离我们以及其消退的方式。这就严格限定了这些参数能够以多快的速度改变，但即使是这些限制，也留有一定的余地，允许我们做一些有趣的猜测。第一个可能性是，暗能量的实力会随着时间的推移越来越强。这一猜测比较有市场，因为它可以解释为什么如今的宇宙常数如此之小——如果它开始为零，并慢慢变大，那么它就必然要经过这样一个微小的阶段。但事情并不止于此。这个想法对未来提出了一种戏剧性的展望，这是我们迄今所描述的所有情况的一种最极端的表现。这种最极端的理论说，我们不是处于宇宙中生命的早期阶段，而是可能已经度过了从大爆炸到宇宙结束的将近一半的时间。但是具有高度智能的观察者将有充分的机会目睹这一切如何结束。这一景象也有一个戏剧性的名称，叫做“大撕裂”（BigRiP），而且这一理论的支持者还喜欢继续添油加醋，提及宇宙中额外的暗能量使宇宙的扩张呈指数级加速，就像是“幻影能量”；其实这和我们已经讨论过的是同一种暗能量，只不过更多一点。92
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在此设想中，宇宙的膨胀通过自身获取能量，其增长触发暗能量的增加，而暗能量的增加又会使膨胀加速。在传统的宇宙图像中，宇宙常数保持在很小的值，因此在太阳系、其他恒星星系以及银河系中，由于它们被引力结合在一起，不会存在膨胀——在这样的系统中引力超过了暗能量。但是，根据大撕裂理论，最终宇宙的膨胀将主宰一切，首先超越引力，然后超越其他的自然力，甚至在最小的尺度上。根据观测限制所得出的这一设想的最极端的版本表明，从现在开始可能在大约210亿年后，宇宙的末日就会到来。但是由于膨胀呈指数级扩大，除了宇宙中的生命存在的最后10亿年之外，这一段中的大部分时间里，不会发生任何戏剧性的事件。
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由于宇宙膨胀的加速会“加速”，因此本星系群的所有星系摆脱各自的引力束缚的时间提前到了距今约20亿年，这只相当于按照目前的速率恒定不变所需时间的十分之一。这样的话，到那时，我们的银河系可能仍然存在，成为宇宙空间的一个可辨认出的孤岛。不过它很可能已经大大扩大了，并且因为与邻近的仙女座星系（也称为M31）合并而变得面目全非。到那时，太阳系肯定已经消失很久了。但我们有理由相信，在彼时彼处的年迈的超级星系中，可能存在类似太阳系的星系，那里的与地球类似的行星上，生活着高智能生物。随着暗能量超越了恒星之间的引力，它们的星系开始分崩离析之时，那时它们距离大末日只有6000万年，这大致相当于恐龙灭亡到现在的时间。但是到那时，距离宇宙地平线仍会有约7000万秒差距（大约2.3亿光年），因此在本星系分裂后，来自附近星系的光有时间到达（本星系群的残余），观测者也有时间研究自己的星系是如何分崩离析的。
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在距离终结3个月的时候，那一未来“太阳系”的行星将脱离恒星，那场灾难的任何幸存者都会发现，他们自己的星球在末日到来之前的30分钟时，会爆炸变成原子碎片。在最后的10-19秒中，原子会被撕碎，剩下的是一片继续扩大的，扁平的，毫无特色的虚空。也许这是一切的终结——是时间的终结。也许这些条件恰恰会引发一轮新的膨胀。有可能，这一对宇宙遥远未来的设想，也是我们所知道的宇宙的开始。这些都是完完全全的臆测。但是有趣的是，宇宙的第二种命运似乎告诉我们，时间的开始和结束之间存在更紧密的联系。它们由所谓的“大收缩”联系在一起，而且源于这样一种可能性：随着时间的推移，暗能量可能会变弱，而不是变强。
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这一思路的第一种变化，看上去非常像不断膨胀的宇宙在20世纪时古老的图景。在那一图景中，星系逐渐消逝，物质也会衰变湮灭。如果宇宙常数逐渐变小，直至为零，我们最终的结局，恐怕就好像一开始宇宙常数就是零一样。但是这种衰退为何会到零为止？至少从宇宙方程上推理，如果暗能量的强度可以从一个正值降低到零，那么它也完全可以继续降低，变成负值。暗能量的值为正，它可以抵抗引力，使宇宙加速膨胀；暗能量的值为负，就会增加引力的能量，首先使宇宙的膨胀减缓，然后使宇宙加速收缩。如果情况果真如此，那么根据目前的观测结果所能允许的最极端的下降率，到现在为止，我们几乎已经走完了宇宙生命的一半。我们距离宇宙最终崩溃坍缩回一个奇点还剩下120到140亿年的光景（不过，同样道理，宇宙末日可能会推迟到距今400亿年）。
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当宇宙停止膨胀并开始坍缩时，我们的星系周围不会有任何值得观赏的情景，但是在宇宙中任何地方都会在同一瞬间出现这一转变。不过，由于光速存在极限，在转变发生后不久，观测者会看到附近的星系出现蓝移，而遥远的星系仍显示为红移。此后，“蓝移视界”将以光速传遍宇宙。现在还不可能准确说出何时会出现转变，因为我们还没有关于暗能量变化方式的足够的信息（假如它真的在变的话），而且在任何情况下，只有宇宙接近大收缩那一刻，情况才开始出现变化，引起我们的注意。所以，我们可以拿距离末日的时间，来记录这期间的重大进展。这种时间可以用宇宙的规模大小来体现。不过，在这种情况下，那些拥有高级智能的观测者将无法亲眼看到发生在最后几分钟的有趣的事情。
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当然，我们自己也无法看到或测量整个宇宙——它很可能是无限的。但是，由于宇宙中的一切都同时发生转变，那么空间中任何区域的尺寸的相对变化都是相同的。我们从现在可见的宇宙的规模出发，考虑这一空间会如何收缩，以及当收缩发生时，它里面会发生什么事情。在很长一段时间里，观测者将能够看到宇宙的崩溃进程，而他们自己的环境不会受到严重影响。他们将看到星系团彼此靠近，并发生合并，甚至星系之间也出现合并，但是在那时，假想中未来的地球上的生命，却不会感到不舒服。对于那样的行星上的生命来说，致命的威胁不会来自这些暴烈而壮观的相互作用，而是来自背景辐射，它的温度会发生缓慢而阴险的上升，因为随着蓝移的发生，宇宙收缩，其能量会越来越高。由于星系的恒星之间存在巨大的空间，即使是在星系合并的时候，恒星之间的碰撞也是极其罕见的。当星系开始合并时，背景辐射的温度——天空的温度——将不超过约100K。那时，宇宙的大小大约相当于现在的百分之一。
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从那时起，宇宙的大小每隔数百万年会减半，到它缩小到现有规模的千分之一时，行星上的生命会首先感到不舒服，然后感到艰难，最后变得无法生存。天空的温度很快达到300K，超过了冰的熔点，行星上所有的冰盖或冰川都将融化。随着普遍辐射的温度（此时再将其称作“背景辐射”似乎不大妥当了）继续上升，整个天空将开始发光，首先是暗红色，然后变成橙色，温度也随之上升到几千K，温度和太阳表面差不多了。那时海洋早已煮沸蒸发干净，大气则完全紊乱，原子被分解成离子和电子（原子分解decombination）。当宇宙缩小到其目前的规模的千分之一时，我们所知的生命形态将不可能在这样的星球上存在。原子分解发生时，宇宙的大小与宇宙膨胀过程中原子发生重组时宇宙的大小是相同的，这并非巧合。发生这种情况意味着宇宙大爆炸发生了逆转。
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