Nič nie je večné. A náš vesmír, samozrejme, tiež zomrie. Hovorí sa, že to bude večná expanzia a nakoniec smrť z entropie. Vesmír sa rozširuje a entropia rastie a bude stále rásť, kým nezomrie všetko, čo si vážime. Ale toto je sentiment a sme ľudskí vedci, takže sme zvedaví, ako bude vyzerať koniec vesmíru? Čím to bude sprevádzané? Nie, dobre, zvedavé.
Na nočnej oblohe nezostanú žiadne hviezdy
O 150 miliárd rokov bude nočná obloha na Zemi vyzerať veľmi odlišne. Keď sa vesmír usiluje o svoju tepelnú smrť, priestor sa rozpína rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Vieme, že rýchlosť svetla je rigidným obmedzovačom rýchlosti pre všetky objekty vo vesmíre. Ale to platí iba pre objekty, ktoré sú v priestore, nie pre štruktúru samotného časopriestoru. Je ťažké prísť na to za behu, ale štruktúra časopriestoru sa už rozširuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla. A v budúcnosti to bude mať zvláštne následky.
Pretože samotný priestor sa rozpína rýchlejšie ako svetlo, existuje kozmologický horizont. Akýkoľvek objekt, ktorý prekročí tento horizont, bude vyžadovať, aby sme boli schopní pozorovať a zaznamenávať údaje o ňom pomocou častíc pohybujúcich sa rýchlejšie ako svetlo. Ale také častice neexistujú. Len čo objekty opustia kozmologický horizont, stanú sa pre nás neprístupnými. Akýkoľvek pokus o kontakt alebo interakciu so vzdialenými galaxiami za týmto horizontom si bude vyžadovať technológie od nás, ktoré sa môžu pohybovať rýchlejšie ako samotná expanzia vesmíru. Zatiaľ je len pár objektov mimo náš kozmologický horizont. Ale ako temná energia urýchľuje expanziu, všetko bude nakoniec mimo náš zrak.
Čo to znamená pre Zem? Predstavte si, že sa pozeráte na nočnú oblohu o 150 miliárd rokov. Jediné, čo sa uvidí, je niekoľko hviezd, ktoré zostanú v kozmologickom horizonte. Nakoniec tiež odídu. Nočná obloha bude úplne jasná, ako tabula rasa. Astronómovia budúcnosti nebudú schopní dokázať, že vo vesmíre existuje nejaký iný objekt. Všetky hviezdy a galaxie, ktoré teraz vidíme, zmiznú. Pre nás zostane v celom vesmíre iba slnečná sústava. Je pravda, že Zem to pravdepodobne nesplní, ale viac už nižšie.
Propagačné video:
Život po smrti Slnka nezmizne
Každý vie, že hviezdy netrvajú večne. Ich životnosť sa začína ich vznikom, pokračuje celou fázou hlavnej sekvencie (ktorá predstavuje väčšinu života hviezdy) a končí smrťou hviezdy. Vo väčšine prípadov hviezdy napučiavajú na niekoľkonásobok svojej normálnej veľkosti, čím sa končí fáza hlavnej sekvencie, a tým pohltia všetky planéty, ktoré sa k nim priblížia.
Avšak pre planéty, ktoré obiehajú okolo hviezdy na veľké vzdialenosti (mimo „čiary mrazu“systému), sa tieto nové podmienky môžu skutočne dostatočne zahriať na to, aby podporili život. Podľa nedávnej štúdie Inštitútu Carla Sagana na Cornellovej univerzite by táto situácia v niektorých hviezdnych systémoch mohla trvať miliardy rokov a viesť k vzniku úplne nových foriem mimozemského života.
O asi 5,4 miliardy rokov naše Slnko opustí fázu hlavnej sekvencie. Po vyčerpaní vodíkového paliva v jadre bude popol inertného hélia, ktorý sa tam bude zhromažďovať, nestabilný a zrúti sa pod vplyvom vlastnej hmotnosti. To povedie k tomu, že sa jadro zahreje a zhustne, čo následne povedie k zväčšeniu veľkosti Slnka - hviezda vstúpi do fázy „vetvy červených obrov“.
Toto obdobie začne, keď sa naše Slnko stane subgiantom a bude sa pomaly zdvojnásobovať v priebehu asi jeden a pol miliardy rokov. Počas nasledujúcich pol miliárd rokov sa bude rozširovať rýchlejším tempom, až kým nebude 200-násobok svojej súčasnej veľkosti a niekoľko tisíckrát jasnejší. Potom sa oficiálne stane červeným obrom a jeho priemer bude približne 2 AU. e. - Slnko pôjde za súčasnú dráhu Marsu.
Je zrejmé, že Zem neprežije vzhľad červeného obra v slnečnej sústave, ako je Merkúr, Venuša alebo Mars. Ale za hranicou mrazu, kde je dosť chladno na to, aby prchavé zlúčeniny - voda, amoniak, metán, oxid uhličitý a oxid uhoľnatý - zostali zamrznuté, zostanú plynoví obri, ľadoví obri a trpasličie planéty. A začne sa úplne topiť.
Stručne povedané, keď sa hviezda rozšíri, urobí to isté aj jej „obývateľná zóna“, ktorá sa bude rozprestierať na obežných dráhach Jupitera a Saturnu. Keď sa to stane, predtým neobývané miesto - ako napríklad mesiace Jupitera a Saturna - sa môže zrazu stať obytným priestorom. To isté platí pre mnoho ďalších hviezd vo vesmíre, ktoré sú určené na to, aby sa stali červenými obrami, keď budú rásť a zomierať.
Keď naše Slnko dosiahne červenú fázu obrovskej vetvy, bude mať iba 120 miliónov rokov aktívneho života. Tento čas nestačí na to, aby sa objavili a vyvinuli nové formy života, ktoré sa môžu stať skutočne zložitými (ako ľudia a iné druhy cicavcov). Podľa štúdie, ktorá bola nedávno zverejnená v časopise The Astrophysical Journal, však niektoré planéty v blízkosti iných červených gigantov v našom vesmíre môžu zostať obývané oveľa dlhšie - v niektorých prípadoch až deväť miliárd rokov alebo viac.
Aby ste pochopili, deväť miliárd rokov je dvojnásobok súčasného veku Zeme. Za predpokladu, že svet, ktorý nás zaujíma, bude mať správne zloženie prvkov, bude mať dostatok času na vznik nových zložitých foriem života. Hlavná autorka štúdie, profesorka Lisa Kaltenneger, je tiež riaditeľkou Inštitútu Carla Sagana. Na vlastnej koži vie, ako hľadať život vo vesmíre:
"Keď hviezda starne a jasnie, obytná zóna sa posúva smerom von a vy v podstate vidíte druhý život planetárneho systému." V súčasnej dobe sú objekty vo vonkajších oblastiach zamrznuté v našej slnečnej sústave, ako sú Európa a Enceladus, mesiace Jupitera a Saturna. Keď sa naše žlté Slnko rozšíri natoľko, že sa stane červeným obrom a premení Zem na spálenú púšť, v našej slnečnej sústave - a tiež v ďalších sústavách - budú stále oblasti, kde by mohol život prekvitať. “
Keď sa hviezda rozpína, stráca hmotu a tlačí ju von v podobe slnečného vetra. Planéty, ktoré obiehajú okolo hviezdy alebo majú nízku povrchovú gravitáciu, môžu stratiť svoju atmosféru. Na druhej strane túto atmosféru môžu zachovať planéty s dostatočnou hmotnosťou (alebo umiestnené v bezpečnej vzdialenosti). V kontexte našej slnečnej sústavy to znamená, že za pár miliárd rokov by sa mohli svety ako Europa a Enceladus (v ktorých už možno skrýva ľadový plášť) stať rajom pre život.
Naše Slnko sa stane čiernym trpaslíkom
V súčasnosti má náš vesmír veľa rôznych druhov hviezd. Medzi najbežnejších patria červení trpaslíci - chladné hviezdy, ktoré vyžarujú červené svetlo. Vo vesmíre je tiež veľa bielych trpaslíkov. Jedná sa o hviezdne pozostatky mŕtvych hviezd, tvorené degenerovanou hmotou držanou pohromade kvantovými efektmi. Astronómovia sa v súčasnosti domnievajú, že bieli trpaslíci majú takmer nekonečnú dĺžku života. Ale po určitom čase dokonca zomrú a stanú sa z nich exotické hviezdy: čierni trpaslíci.
Takýto osud čaká aj naše Slnko. V ďalekej budúcnosti naše Slnko vyhodí svoje vonkajšie vrstvy a premení sa na bielu trpasličiu hviezdu, ktorá tu zostane miliardy rokov. Ale jedného dňa sa aj bieli trpaslíci začnú ochladzovať. Po 10 (na výkon 100) rokov sa ochladia na teplotu, ktorá sa rovná teplote mikrovlnného žiarenia pozadia, niekoľko stupňov nad absolútnou nulou.
Keď sa to stane, z našej hviezdy sa stane čierny trpaslík. Pretože tento typ hviezdy je taký studený, bude pre ľudské oko neviditeľný. Pre každého, kto sa pokúsi nájsť Slnko, ktoré nám dalo život, to bude nemožné pomocou optických systémov. Bude to musieť hľadať gravitačnými účinkami. Väčšina hviezd, ktoré vidíme na nočnej oblohe, sa stanú čiernymi trpaslíkmi (ďalší dôvod, prečo bude nočná obloha jasná). Ale pre naše teplé slnko je to obzvlášť urážlivé.
Zvláštne hviezdy
Keď sa z nášho slnka stane čierny trpaslík, hviezdna evolúcia už bola dokončená. Nové hviezdy sa nezrodia. Namiesto toho bude vesmír zaplavený studenými pozostatkami hviezd. A to umožní vesmíru začať vytvárať zvláštne hviezdy, ktoré sa výrazne líšia od tých, ktoré poznáme.
Jednou z nich je mrazivá alebo studená hviezda. Keď hviezdy vo vesmíre spaľujú svoje jadrové palivo, zvyšujú svoju metalicitu. V astronómii je to miera prvkov vo hviezde, ktorá je ťažšia ako hélium - prakticky všetky prvky, počnúc lítiom. Ako sa zvyšuje metalicita hviezdy, stávajú sa chladnejšími, pretože ťažšie prvky počas fúzie uvoľňujú menej energie. Nakoniec hviezdy tak ochladnú, že budú mať teplotu 0 stupňov, bod mrazu vody.
Ak sa pozriete ešte ďalej do budúcnosti, bude tu ešte cudzejšia hviezda. O asi 10 (na silu 1 500) rokov v budúcnosti si entropia vyžiada svoju daň a vesmír bude v podstate mŕtvy. V týchto chladných časoch budú vesmír riadiť kvantové efekty.
Kvantové tunelovanie umožní syntetizovať ľahké prvky na nestabilnú formu železa. Ten sa zase rozpadne na stabilnejší izotop, ktorý emituje malé množstvo energie. Tieto železné hviezdy budú v súčasnosti jediným možným tvarom hviezd. Nachádzajú sa však iba v modeloch, v ktorých astronómovia neveria v rozpad protónov, takže táto myšlienka nie je najpopulárnejšia.
Všetky nukleóny sa rozpadnú
Vráťme sa z bodu 10 (na silu 15) rokov po Veľkom tresku do bodu 10 (na silu 34) rokov. Ak do tej doby nebude ľudská rasa mŕtva, určite túto éru neprežijeme. Ako už bolo spomenuté vyššie, astronómovia neustále diskutujú o tom, či sa protón do konca času rozpadne. Povedzme, že áno.
Nukleóny sú častice v jadre atómu, protónov a neutrónov. Je známe, že voľné neutróny sa rozpadajú s polčasom rozpadu 10 minút. Ale protóny sú neuveriteľne stabilné. Nikto nevidel na vlastnej koži rozpad protónu. Ale ku koncu vesmíru sa všetko zmení.
Fyzici predpokladajú, že polčas rozpadu protónu je 10 (k sile 37) rokov. Tento rozpad sme nevideli, pretože vesmír ešte nie je dosť starý. V epoche rozpadu (10 (na moc 34) - 10 (na moc 40) rokov) sa protóny konečne začnú rozpadať na pozitróny a piony. Na konci epochy rozpadu dôjdu všetky protóny a neutróny vo vesmíre.
Je zrejmé, že život vo vesmíre začne mať problémy. Ak predpokladáme, že ľudská rasa prežila zmenu Slnka a migrovala do priateľskejších častí vesmíru, v určitom okamihu začnú fyzikálne zákony diktovať smrť ľudskej rasy. Naše telá a všetky medzihviezdne objekty sú vyrobené z nukleónov. Keď sa rozpadnú, skončí sa akýkoľvek život, pretože samotné atómy prestanú existovať. Život nebude môcť v takýchto podmienkach (a v takej podobe) existovať ďalej a Vesmír sa ponorí do éry čiernych dier.
Čierne diery zaplavia vesmír
Keď nukleóny zmiznú, čierne diery vstúpia do zákona a budú vládnuť Vesmíru od 10 (do sily 40) rokov po Veľkom tresku do 10 (do moci 100) rokov. Od tejto chvíle začneme hovoriť o časoch tak dlhých, že je absolútne nemožné im rozumom rozumieť. Po čase oveľa dlhšom, ako je súčasný vek vesmíru, zostanú čierne diery jedinými štruktúrami.
Keď nukleóny odídu, hlavnými subatomárnymi časticami budú leptóny - elektróny a pozitróny. Budú zásobovať čierne diery. Absorpciou zvyškov hmoty vo vesmíre samotné čierne diery budú emitovať častice, ktoré vyplnia vesmír fotónmi a hypotetickými gravitónmi. Lenže čierne diery sú určené na smrť, ako sa rozhodol Stephen Hawking.
Podľa Hawkinga sa čierne diery vďaka svojmu žiareniu odparujú. Keď vyžarujú, strácajú hmotu vo forme energie. Tento proces trvá dlho, takže o ňom nevieme prakticky nič. Aby sa čierna diera úplne vyparila, musí uplynúť 10 (k sile 60) rokov, takže tento proces po celé storočie nášho vesmíru ešte nepokročil. Ale ako sme už povedali, nakoniec tiež zomrú čierne diery. Z nich zostanú iba nehmotné častice a niekoľko rozptýlených leptónov, ktoré lenivo interagujú a strácajú svoju energiu.
Objaví sa atóm nového typu
Keď z nášho vesmíru zostane len niekoľko subatomárnych častíc, môže sa zdať, že už nie je o čom hovoriť. Ale život sa môže objaviť aj v tomto najhoršom svete.
Po mnoho rokov vedci o časticiach hovorili o pozitróniu, atómovej väzbe medzi pozitrónom a elektrónom. Tieto dve častice majú opačné náboje. (Pozitrón je antičastica elektrónu). Preto budú elektromagneticky priťahované. Keď pár takýchto častíc začne interagovať, môžu mať základné dráhy a atómové správanie.
Pretože pozitrónium bude zriedkavé, nemožno tento model pozitróniovej „chémie“nazvať úplným. Z týchto podivných „atómov“však môžu vyjsť kuriózne veci. Po prvé, môžu existovať na obrovských obežných dráhach, ktoré pokrývajú medzihviezdny priestor. Pokiaľ budú dve častice interagovať, budú schopné udržiavať pár bez ohľadu na vzdialenosť.
Počas éry čiernych dier budú mať niektoré z týchto „atómov“priemery rozprestierajúce sa na väčšie vzdialenosti ako náš súčasný pozorovateľný vesmír. Atómy pozitrónu zložené z leptónov prežijú rozpad protónu a prejdú érou čiernych dier. Čierne diery navyše vytvoria v procese žiarenia atómy pozitrónia. Po určitom čase sa rozpadnú aj páry pozitrón-elektrón. Ale predtým môže Vesmír zrodiť úplne neopísateľný život.
Všetko sa spomalí, aj samotná myšlienka
Keď sa skončí éra čiernych dier a aj títo hviezdni obri zmiznú v tme, v našom vesmíre zostane len pár vecí, hlavne difúzne subatomárne častice a zvyšné atómy pozitrónia. Potom sa všetko vo vesmíre udeje mimoriadne pomaly, každá udalosť môže trvať veky. Podľa niektorých teoretických fyzikov, napríklad Freemana Dysona, by sa v tomto období mohol vo vesmíre znovu objaviť život.
Po dlhom a dlhom čase sa z pozitrónia môže začať rozvíjať organická evolúcia. Stvorenia, ktoré sa objavia, sa budú veľmi líšiť od všetkého, čo poznáme. Môžu byť napríklad obrovské a prekonávať medzihviezdne vzdialenosti. Pretože vo vesmíre nezostáva nič iné, budú sa mať kde obrátiť. Ale keďže tieto formy života budú obrovské, budú uvažovať oveľa pomalšie ako my. V skutočnosti to môže trvať bilióny rokov, kým takéto stvorenie vytvorí čo i len jednu myšlienku.
Môže sa nám to zdať čudné, ale keďže tieto tvory budú existovať v obrovských časových intervaloch, takáto myšlienka bude pre nich okamžitá. Budú existovať neuveriteľne dlho a sledovať, ako okolo nich letí vesmír. Ale potopia sa do zabudnutia.
Koniec „makrofyziky“
Do tejto doby dosiahne Vesmír takmer maximálny stav entropie, to znamená, že sa z neho stane homogénne energetické pole a niekoľko subatomárnych častíc. Bude to po ére čiernych dier, oveľa neskôr po 10 (k sile 100) rokov. Vesmír sa natoľko rozšíri a temná energia sa stane natoľko silnou, že prestanú existovať aj čierne diery a vesmír stratí masívne objekty.
Je ťažké si predstaviť taký vesmír. Len sa nad tým zamyslite: hviezdy sa prestanú formovať, pretože subatomárne častice, ktoré tvoria hmotu, budú oddelené takými vzdialenosťami, ktoré nemôžu nijakým spôsobom splniť a pohybovať sa rýchlosťou svetla. Nemôžu sa objaviť ani atómy pozitrónia.
Fyzika sa skončí. Jediným fyzikálnym modelom, ktorý bude naďalej fungovať, bude kvantová mechanika. Kvantové efekty sa prejavia dokonca aj na obrovských medzihviezdnych vzdialenostiach, v gigantickom časovom rámci. Nakoniec teplota vesmíru klesne na absolútnu nulu: nezostane žiadna energia na premenu na prácu. V niektorých modeloch bude expanzia vesmíru narastať a bude trhať časopriestor. Vesmír prestane existovať.
Je možné z toho všetkého uniknúť?
Našu cestu na koniec vesmíru až doteraz sprevádzali iba temné a depresívne udalosti. Fyzici však nestrácajú optimizmus a načrtávajú možné spôsoby, ako ľudstvo prežiť časy konca a dokonca reštartovať náš vesmír.
Najsľubnejším spôsobom, ako uniknúť z nášho vesmíru s maximálnou entropiou, je použitie čiernych dier, kým rozpad fotónov znemožní život. Čierne diery zostávajú veľmi záhadnými objektmi, teoretici ich však navrhujú použiť na vstup do nových vesmírov.
Moderná teória naznačuje, že bublinové vesmíry sa neustále rodia v našom vlastnom vesmíre a formujú nové vesmíry s hmotou a možnosťou života. Hawking verí, že čierne diery môžu byť bránou do týchto nových vesmírov. Ale je tu jeden problém. Len čo prekročíte hranicu čiernej diery, už niet cesty späť. Ak sa teda ľudstvo rozhodne ísť do čiernej diery, bude to jednosmerný výlet.
Najprv musíte nájsť rotujúcu čiernu dieru dostatočne veľkú na to, aby ste prežili cestu cez horizont udalostí. Napriek všeobecnej viere je masívne čierne diery bezpečnejšie cestovať. Vesmírni cestovatelia budúcnosti môžu dúfať, že sa výlet neskončí zle, ale nebudú môcť kontaktovať svojich priateľov na tejto strane čiernej diery a informovať ich o výsledku. Každá jazda bude skokom viery.
Existuje však spôsob, ako zabezpečiť, aby nás nový vesmír čakal na druhej strane. Podľa Alana Gutha potrebuje novonarodený vesmír iba 10 (do 89. sily) protónov, 10 (do 89. sily) elektrónov, 10 (89. silu) pozitrónov, 10 (89. silu) neutrín, 10 (89. silu) antineutrín, 10 (na silu 79) protónov a 10 (na silu 79) neutrónov na začiatok. Môže sa to zdať veľa, ale celkovo to nie je nič viac ako tehla.
Ľudia budúcnosti mohli pomocou supersilného gravitačného poľa vytvoriť falošné vákuum - oblasť vesmíru s potenciálom expanzie. V ďalekej budúcnosti by sa ľudia mohli chopiť tejto technológie, aby vytvorili falošné vákuum a založili svoj vlastný vesmír. Pretože počiatočná inflácia vesmíru trvá zlomok sekundy, nový vesmír sa okamžite rozšíri a stane sa novým domovom pre ľudí. Rýchly skok cez červiu dieru a sme zachránení.
Náhodné kvantové tunelovanie by mohlo vesmír znovu naštartovať
Čo sa stane s vesmírom, ktorý sme za sebou zanechali? Po chvíli konečne dosiahne svoju maximálnu entropiu a stane sa úplne neobývateľným. Ale aj v tomto mŕtvom vesmíre bude mať život šancu. Vedci v oblasti kvantovej mechaniky sú si vedomí účinku kvantového tunelovania. To je prípad, keď subatomárna častica môže vstúpiť do energetického stavu, ktorý je klasicky nemožný.
Napríklad v klasickej mechanike sa lopta nemôže spontánne zdvihnúť a skotúľať sa do kopca. Toto je zakázaný energetický stav. Elementárne častice majú tiež zakázané energetické stavy z pohľadu klasickej mechaniky, ale kvantová mechanika všetko obracia naruby. Niektoré častice môžu „tunelovať“do týchto energetických stavov.
Tento proces už prebieha vo hviezdach. Ale keď sa použije na koniec vesmíru, objaví sa zvláštna možnosť. Častice v klasickej štatistickej mechanike sa nemôžu pohybovať z vyššieho stavu entropie do nižšieho. Ale s kvantovým tunelovaním môžu a budú. Fyzici Sean Carroll a Jennifer Chen navrhli myšlienku, že po určitom čase môže kvantové tunelovanie spontánne znížiť entropiu v mŕtvom vesmíre, viesť k novému Veľkému tresku a vesmír znovu naštartovať. Ale nezadržiavaj dych. Na to, aby došlo k spontánnemu poklesu entropie, musíte počkať 10 (na moc 10) ^ (na moc 10) ^ (na moc 56) rokov.
Existuje ďalšia teória, ktorá nám dáva nádej na nový vesmír - tentokrát od matematikov. V roku 1890 Henri Poincaré publikoval svoju vetu o opakovaní, podľa ktorej sa po neuveriteľne dlhej dobe všetky systémy vrátia do stavu veľmi blízkeho pôvodnému stavu. To platí aj pre termodynamiku, pri ktorej môžu náhodné teplotné výkyvy vo vesmíre s vysokou entropiou spôsobiť jej návrat do pôvodného stavu, po ktorom sa všetko začne odznova. Čas prejde a vesmír sa môže opäť formovať a tvory, ktoré v ňom budú žiť, nebudú mať najmenšiu predstavu o tom, že žijú v našom vesmíre.
ILYA KHEL