Ніщо не вічне. І наш Всесвіт, звичайно, теж помре. Подейкують, її чекає вічне розширення і, врешті-решт, смерть від ентропії. Всесвіт збільшується, і ентропія зростає і буде зростати, поки все, що нам дорого, не помре. Але це сентименти, а ми люди вчені, тому нам цікаво, як буде виглядати кінець Всесвіту? Чим він буде супроводжуватися? Нє, ну цікаво ж.
На нічному небі не залишиться зірок
Через 150 мільярдів років нічне небо на Землі буде виглядати зовсім інакше. Поки Всесвіт прагне до своєї теплової смерті, простір розширюється швидше за швидкість світла. Ми знаємо, що швидкість світла є жорстким обмежувачем швидкості всіх об’єктів у Всесвіті. Але це застосовується тільки до об’єктів, які знаходяться в просторі, а не самої тканини простору-часу. Це важко зрозуміти на льоту, але тканина простору-часу вже розширюється швидше за швидкість світла. І в майбутньому це спричинить за собою дивні наслідки.
Оскільки сам простір розширюється швидше за світло, існує космологічний горизонт. Будь-який об’єкт, який йде за цей горизонт, зажадає від нас здатності спостерігати і записувати дані про нього за допомогою частинок, які подорожують швидше за світло. Але таких частинок не існує. Як тільки об’єкти йдуть за космологічний горизонт, вони стають недоступними для нас. Будь-яка спроба контакту або взаємодії з далекими галактиками за цим горизонтом зажадає від нас технологій, здатних рухатися швидше розширення самого простору. Поки лише кілька об’єктів перебувають за межами нашого космологічного горизонту. Але оскільки темна енергія прискорює розширення , все в кінцевому підсумку виявиться за межами досяжності наших очей.
Що це означає для Землі? Уявіть, що дивіться в нічне небо через 150 мільярдів років.Єдине, що буде видно, це кілька зірочок, які залишилися в межах космологічного горизонту.Зрештою, підуть і вони. Нічне небо буде повністю чистим, як табула раса. Астрономи майбутнього не зможуть довести, що у Всесвіті є який-небудь інший об’єкт. Всі зірки і галактики, які ми бачимо зараз, зникнуть. Для нас у всьому Всесвіті залишиться тільки Сонячна система. Правда, Земля навряд чи доживе до цього, але про це нижче.
Життя після смерті Сонця не зникне
Всім відомо, що зірки не вічні. Їх термін життя починається разом з їх освітою, триває всю фазу головної послідовності (на яку припадає велика частина життя зірки) і закінчується зі смертю зірки. У більшості випадків зірки роздуваються в кілька сотень разів більше свого звичайного розміру, закінчуючи фазу головної послідовності, а разом з цим поглинають будь-які планети, які виявляються близько до них.
Проте для планет, які обертаються навколо зірки на великих відстанях (за межами «лінії промерзання» системи), ці нові умови можуть фактично стати досить теплими, щоб підтримувати життя. Згідно з недавнім дослідженням, проведеним в Інституті Карла Сагана при Корнельському університеті , ця ситуація у деяких зоряних систем може тривати мільярди років і привести до появи абсолютно нових форм позаземного життя.
Приблизно через 5,4 мільярда років наше Сонце вийде з фази головної послідовності.Вичерпавши водневе паливо в ядрі, попіл інертного гелію, який там збереться, стане нестабільним і колапсує під дією власної ж ваги. Це призведе до того, що ядро нагріється і стане щільніше, що, в свою чергу, призведе до збільшення Сонця в розмірах – зірка увійде в фазу «гілки червоних гігантів».
Цей період почнеться, коли наше Сонце стане субгігант і буде повільно збільшуватися вдвічі протягом близько півтора мільярдів років. Наступні півмільярда років воно буде розширюватися швидше, поки не перевищить свій поточний розмір в 200 раз і не стане в кілька тисяч разів яскравіше. Потім воно офіційно стане червоним гігантом і його діаметр складе приблизно 2 а. е. – Сонце вийде за межі поточної орбіти Марса.
Очевидно, Земля не переживе поява червоного гіганта в Сонячній системі, як і Меркурій, Венера або Марс. Але за «лінією промерзання», де досить холодно, щоб леткі сполуки – вода, аміак, метан, діоксид вуглецю і окис вуглецю – залишалися в замороженому стані, залишаться газові гіганти, крижані гіганти і карликові планети. І почнеться тотальна відлига.
Коротше кажучи, коли зірка розширюється, її «населена зона» буде робити те ж саме, охоплюючи орбіти Юпітера і Сатурна. Коли це станеться, раніше нежитлове місце – на зразок супутників Юпітера і Сатурна – може раптово стати житловим. Те ж саме справедливо і для багатьох інших зірок у Всесвіті, яким судилося стати червоними гігантами в міру дорослішання і вмирання.
Коли ж наше Сонце дійде до червоної фази галузі гігантів, йому залишиться всього 120 мільйонів років активного життя. Цього часу недостатньо, щоб з’явилися і розвинулися нові форми життя, здатні стати воістину складними (на кшталт людей і інших видів ссавців). Але згідно з нещодавно опублікованим в The Astrophysical Journal з дослідженням, деякі планети біля інших червоних гігантів в нашому Всесвіті можуть залишатися жилими набагато довше – до дев’яти мільярдів років або більше в деяких випадках.
Щоб ви розуміли, дев’ять мільярдів років – це в два рази більше поточного віку Землі.Припускаючи, що цікавлять нас світи будуть розташовувати потрібним складом елементів, у них буде достатньо часу, щоб дати початок новим складним формам життя. Провідний автор дослідження, професор Ліза Кальтеннегер, також є директором Інституту Карла Сагана. Вона не з чуток знає, як шукати життя у Всесвіті:
«Коли зірка старіє і стає яскравішим, жила зона рухається назовні, і ви по суті спостерігаєте друге життя планетарної системи. В даний час об’єкти в зовнішніх регіонах заморожені в нашій Сонячній системі, як Європа і Енцелад – супутники Юпітера і Сатурна. Після того як наше жовте Сонце розшириться досить, щоб стати червоним гігантом і перетворить Землю на випалену пустелю, в нашій Сонячній системі все ще будуть регіони – і в інших системах також – де життя могло б процвітати ».
Коли зірка розширюється, вона втрачає масу і виштовхує її назовні у вигляді сонячного вітру. Планети, які обертаються близько до зірки, або мають низьку гравітацію на поверхні, можуть втратити атмосферу. З іншого боку, планети з достатньою масою (або розташовані на безпечній відстані) можуть цю атмосферу зберегти. У контексті нашої Сонячної системи це означає, що через кілька мільярдів років світи на зразок Європи і Енцелада (які і без того можуть мати життя, що ховається під крижаними панцирами) можуть стати раєм для життя.
Наше Сонце стане чорним карликом
На даний момент наш Всесвіт має багато різних типів зірок. Червоні карлики – холодні зірки, що випускають червоне світло – є одними з найпоширеніших. Також у Всесвіті багато білих карликів. Це зоряні останки мертвих зірок, що складаються з виродженого речовини, що утримується разом за допомогою квантових ефектів. В даний час астрономи вважають, що білі карлики мають практично нескінченну тривалість життя. Але після певного часу навіть вони помруть і стануть екзотичними зірками: чорними карликами.
Така доля чекає і наше Сонце. У далекому майбутньому наше Сонце викине свої зовнішні шари і перетвориться в білу карликову зірку, якою буде залишатися мільярди років. Але одного разу навіть білі карлики почнуть остигати. Через 10 100 років вони охолонуть до температури, що дорівнює температурі мікрохвильового фонового випромінювання, кілька градусів вище абсолютного нуля.
Коли це станеться, наше світило стане чорним карликом. Оскільки цей тип зірки настільки холодний, людському оку він буде невидимий. Для будь-якого, хто спробує знайти Сонце, яке подарувало нам життя, це буде неможливо зробити за допомогою оптичних систем.Йому доведеться шукати його по гравітаційними ефектами. Більшість зірок, які ми бачимо в нічному небі, стануть чорними карликами (ще одна причина, чому нічне небо стане чистим).Але за наше тепле Сонце особливо прикро.
Дивні зірки
На той час, коли наше Сонце стане чорним карликом, зоряна еволюція вже завершиться.Нові зірки народжуватися не будуть. Замість цього Всесвіт наповнять холодні останки зірок.І це дозволить Всесвіту почати створювати дивні зірки, які істотно відрізняються від відомого нам.
Одна з таких – морозна або холодна зірка. Коли зірки у Всесвіті випалюють своє ядерне паливо, вони збільшують свою Металічність. В астрономії це міра елементів в зірці, які важче гелію – практично всі елементи, починаючи літієм. У міру збільшення металличности зірки, вони стають холоднішими, оскільки більш важкі елементи видають менше енергії в процесі синтезу. Нарешті, зірки стануть такими холодними, що матимуть температуру в 0 градусів, точка замерзання води.
Якщо заглянути ще далі в майбутнє, там буде ще більш дивна зірка. Приблизно через 101500 років в майбутньому ентропія візьме своє, і Всесвіт буде по суті мертвою. У ці холодні пори управляти Всесвітом будуть квантові ефекти.
Квантове тунелювання дозволить легких елементів синтезуватися в нестабільну форму заліза. Воно, в свою чергу, буде розпадатися на більш стабільний ізотоп, випускаючи слабке кількість енергії. Ці залізні зірки будуть єдиною формою зірок, можливих в цей час. Але вони зустрічаються тільки в моделях, в яких астрономи не вірять в розпад протона, так що ця ідея не найпопулярніша.
Всі нуклони розпадуться
Перемотати з точки в 10 15 років після Великого Вибуху до точки в 10 34 років. Якщо людська раса до того моменту не буде мертва, цю-то епоху ми вже точно не переживемо.Як вже було сказано вище, астрономи постійно сперечаються про те, чи розпадеться протон до кінця часів. Припустимо, так.
Нуклони – це частинки в ядрі атома, протони і нейтрони. Вільні нейтрони, як відомо, розпадаються з періодом напіврозпаду в 10 хвилин. Але протони неймовірно стабільні.Ніхто не бачив на власні очі розпаду протона. Але ближче до кінця Всесвіту все зміниться.
Фізики припускають, що період напіврозпаду протона складає 10 37 років. Ми не спостерігали цього розпаду, оскільки Всесвіт ще недостатньо стара. В епоху розпаду (10 34 – 10 40 років) протони нарешті почнуть розпадатися на позитрони і півонії. До кінця епохи розпаду все протони і нейтрони у Всесвіті закінчаться.
Очевидно, у житті у Всесвіті почнуться проблеми. Якщо припустити, що людська раса пережила зміну Сонця і мігрувала в більш дружелюбні частини Всесвіту, в певний момент вже закони фізики почнуть диктувати смерть людської раси. Наші тіла і все міжзоряні об’єкти складаються з нуклонів. Коли вони розпадуться, будь-яке життя закінчиться, оскільки самі атоми припинять існування. Життя не зможе продовжити існування в таких умовах (і в такій формі) і Всесвіт зануриться в епоху чорних дір.
Чорні діри наповнять Всесвіт
Коли нуклони зникнуть, чорні діри увійдуть в права і будуть правити Всесвіту від 10 40 року після Великого Вибуху до 10 100 року. З цього моменту ми починаємо міркувати про часи настільки довгих, що зрозуміти їх нашим розумом зовсім неможливо. Через деякий час, набагато перевищує сучасний вік Всесвіту, єдиними структурами залишаться чорні діри.
Коли нуклони підуть, головними субатомними частинками стануть лептони – електрони і позитрони. Вони будуть підживлювати чорні діри. Поглинаючи залишки речовини у Всесвіті, чорні діри будуть самі випромінювати частки, які будуть наповнювати Всесвіт фотонами і гіпотетичними гравітонами. Але і чорних дірок судилося померти, як вирішив Стівен Хокінг.
На думку Хокінга, чорні діри випаровуються через свого випромінювання. Випромінюючи вони втрачають масу в формі енергії. Цей процес займає багато часу, тому ми про нього практично нічого не знаємо. Щоб чорна діра повністю випарувалася, має пройти 10 60років, тому цей процес ще не протікав до кінця на століття нашої Всесвіту. Але, як ми вже сказали, в кінці кінців помруть і чорні діри. Від них залишаться лише безмасові частки і кілька розрізнених лептонів, які будуть ліниво взаємодіяти і втрачати свою енергію.
З’явиться атом нового типу
Після того, як від нашого Всесвіту залишиться лише кілька субатомних частинок, може здатися, що говорити більше нема про що. Але життя може з’явитися навіть у цьому гіршому зі світів.
Багато років дослідники частинок говорили про Позитрон, атомоподобной зв’язку позитрона і електрона. Дві цих частки мають протилежні заряди. (Позитрон – це античастинка електрона). Отже, будуть електромагнітно притягатися. Коли пара таких частинок почне взаємодіяти, у них можуть з’явитися рудиментарні орбіти і поведінку атомів.
Оскільки позитроній буде рідкісним, назвати цю модель позітроніевой «хімії» повною можна. Але з цих дивних «атомів» можуть вийти дуже цікаві речі. По-перше, вони зможуть існувати на гігантських орбітах, що покривають міжзоряні простори. Поки дві частинки взаємодіють, вони зможуть зберігати пару незалежно від відстаней.
Під час епохи чорних дір деякі з цих «атомів» матимуть діаметри, що охоплюють відстані більше, ніж наша нинішня спостерігається Всесвіт. Складаються з лептонів позітроніевие атоми переживуть розпад протона і пройдуть через епоху чорних дір. Крім того, чорні діри будуть створювати позітроніевие атоми в процесі випромінювання. Після певного часу розпадуться і позитрон-електронні пари. Але до цього Всесвіт може народити абсолютно невимовну життя.
Все сповільниться, навіть сама думка
Коли епоха чорних дір підійде до кінця і навіть ці зоряні гіганти зникнуть в темряві, в нашому Всесвіті залишиться лише кілька речей, в основному дифузні субатомні частинки і решта атоми позитронно. Після цього у Всесвіті все буде відбуватися надзвичайно повільно, будь-яка подія може тривати еони. На думку деяких теоретичних фізиків, таких як Фрімен Дайсон, в цей час у Всесвіті може знову з’явитися життя.
Через довгий-довгий час органічна еволюція може почати розвиватися з позитронно.Істоти, які з’являться, будуть дуже відрізнятися від усього, що ми знаємо. Наприклад, вони можуть бути величезними, охоплюючи міжзоряні відстані. Оскільки у Всесвіті нічого більше не залишиться, їм буде де розвернутися. Але оскільки ці форми життя будуть величезними, думати вони будуть набагато повільніше нас. Насправді, на створення навіть однієї думки у такого створення можуть піти трильйони років.
Нам це може здатися дивним, але оскільки ці істоти будуть існувати на величезних часових відрізках, така думка буде для них миттєвої. Вони будуть існувати неймовірно довго, спостерігаючи за тим, як Всесвіт пролітає повз них. Але і вони кануть в Лету.
Кінець «макрофізики»
До цього моменту Всесвіт досягне практично максимального стану ентропії, тобто стане однорідним полем енергії і декількох субатомних частинок. Це буде після епохи чорних дір, багато пізніше після 10 100 року. Простір розшириться так сильно, а темна енергія стане настільки потужною, що навіть чорні діри перестануть існувати і Всесвіт втратить масивних об’єктів.
Важко уявити собі таку Всесвіт. Ви тільки вдумайтеся: зірки перестануть формуватися, оскільки субатомні частинки, з яких складається матерія, будуть розділені такими відстанями, що ніяк не зможуть зустрітися, подорожуючи зі швидкістю світла. Навіть атоми позитронно не зможуть з’явитися.
Фізики настане кінець. Єдиною фізичною моделлю, яка продовжить працювати, буде квантова механіка. Квантові ефекти відбуватимуться навіть на величезних міжзоряних відстанях, в гігантських тимчасових рамках. Зрештою, температура Всесвіту впаде до абсолютного нуля: Не вистачить енергії, яку можна було б перетворити на роботу. У деяких моделях розширення простору буде рости, розриваючи простір-час на частини. Всесвіт припинить своє існування.
Чи можна втекти від усього цього?
До сих пір наша подорож до кінця Всесвіту супроводжувалося лише похмурими і депресивними подіями. Але фізики не втрачають оптимізму і накидають для людства можливі способи пережити кінець часів і навіть заново запустити наш Всесвіт.
Найбільш багатообіцяючий спосіб втекти з нашого Всесвіту з максимальною ентропією – використовувати чорні діри, поки розпад фотони зробить життя неможливим. Чорні діри залишаються досить загадковими об’єктами, але теоретики пропонують використовувати їх для виходу в нові всесвіти.
Сучасна теорія припускає, що бульбашкові всесвіти постійно народжуються в нашій власній Всесвіту, утворюючи нові всесвіти з матерією і можливістю для життя. Хокінг вважає, що чорні діри можуть бути виходами в ці нові всесвіти. Але є одна проблема. Як тільки ви перетинаєте кордон чорної діри, шляху назад немає . Тому якщо людство вирішить відправитися в чорну діру, це буде поїздка в один кінець.
Для початку доведеться знайти досить масивну обертову чорну діру, щоб пережити поїздку через горизонт подій. Всупереч поширеній думці, через масивні чорні діри безпечніше подорожувати. Космічні мандрівники майбутнього можуть сподіватися, що поїздка не закінчиться плачевно, але ніяк не зможуть зв’язатися зі своїми друзями по цей бік чорної діри і повідомити їм про результат. Кожна поїздка буде стрибком віри.
Але є спосіб переконатися, що по той бік нас чекає нова всесвіт. На думку Алана Гута, новонародженої Всесвіту потрібно всього 10 89 протонів, 10 89 електронів, 10 89 позитронів, 10 89 нейтрино, 10 89 антинейтрино, 10 79 протонів і 10 79 нейтронів для старту. Може скластися враження, що це багато, але в сумі це не більше цегли.
Люди майбутнього могли б зробити помилковий вакуум – область простору з потенціалом для розширення – за допомогою сверхсильного гравітаційного поля. У далекому майбутньому люди могли б отримати технологію для створення помилкового вакууму і почати власний всесвіт. Оскільки початкова інфляція всесвіту триває частку секунди, нова всесвіт розшириться миттєво і стане новим будинком для людей. Швидкий стрибок через червоточину – і ми врятовані.
Випадкове квантове тунелювання може перезапустити всесвіт
Що буде із Всесвітом, яку ми залишили позаду? Через деякий час вона нарешті досягне максимальної ентропії і стане абсолютно непридатною для життя. Але навіть в цій мертвій всесвіту у житті буде шанс. Дослідники квантової механіки знають про ефект квантового тунелювання. Це коли субатомна частка може увійти в енергетичний стан, неможливе класично.
У класичній механіці, наприклад, м’яч не може спонтанно взяти і зайти на пагорб. Це заборонене енергетичний стан. У елементарних частинок також є заборонені енергетичні стану з точки зору класичної механіки, але квантова механіка перевертає все з ніг на голову. Деякі частинки можуть «туннелировать» в ці енергетичні стану.
Цей процес вже відбувається в зірках. Але стосовно до кінця всесвіту виникає дивна можливість. Частинки в класичній статистичній механіці не можуть переходити від більш високого стану ентропії на більш низьке. Але з квантовим туннелированием – можуть і будуть. Фізики Шон Керролл і Дженніфер Чен запропонували ідею, що через певний час квантове тунелювання може спонтанно зменшити ентропію в мертвої всесвіту, привести до нового Великого Вибуху і перезапуску всесвіту. Але не затримуйте дихання. Щоб спонтанне зменшення ентропії сталося, доведеться чекати 10 10 ^ 10 ^ 56 років.
Є й інша теорія, яка дає нам надію на новий всесвіт – в цей раз від математиків. У 1890 році Анрі Пуанкаре опублікував свою рекуррентную теорему, згідно з якою через неймовірно довгий час всі системи повертаються в стан, дуже близьке до вихідного. Це стосується і до термодинаміки, в якій випадкові теплові флуктуації у всесвіті з високою ентропією можуть привести до її поверненню в початковий стан, після чого все почнеться знову. Пройде час, і Всесвіт може сформуватися знову, а істоти, які будуть в ній жити, не матимуть ані найменшого поняття про те, що живуть в нашій всесвіту.
За матеріалами listverse.com
Я, конечно, понимаю, что писать материал на подобные темы со своим авторством сложно и дорого, но, мать вашу, после автоматического переводчика хотя бы проверяйте и корректируй текст.
P.S. “10 10 ^ 10 ^ 56 років” — плевое дело. Я подожду.
Приглашаю в паралельную вселенную!
К вашим услугам неограниченное количество антивещества и регулируемое течение времени!
Посмотрим финал нашей вселенной вместе!
Необходимый минимум – владение перемещением душ.