Что будет со вселенной в будущем
Будущее Вселенной
Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.
Что мы знаем о Вселенной?
Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии наблюдаемую область Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.
Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.
Возможные сценарии развития нашего мира
В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.
Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.
Космологические эпохи Вселенной
В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:
Конец эпохи распада в представлении художника. Пространство без звезд выглядит пугающе.
Для того, чтобы получить позитроний сегодня, ученым нужна массивная сложная аппаратура. Но в конце он будет единственным, что может существовать.
Будущее Вселенной
Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Гибель Вселенной — как и когда это будет происходить
Существует множество мнений на этот счет, но недавно физик-теоретик из Университета штата Иллинойс сделал важное заявление. Его расчеты говорят о том, что последним событием во Вселенной станут взрывы черных карликов. Сверхновые черные карлики приведут к так называемой «тепловой смерти». Но не волнуйтесь, к тому времени нас уже давно не будет, ведь Землю поглотит разросшееся до невиданных ранее масштабов Солнце.
Как зарождалась Вселенная — короткий экскурс
Принято считать, что точкой отсчета является Большой взрыв: около 13,7 миллиарда лет назад все вещество находилось в одной точке нулевого размера. Эта субстанция имела бесконечную плотность и температуру, после чего началось ее расширение.
Сперва появились элементарные частицы, которые дали жизнь протонам и нейтронам, которые в свою очередь стали основной ядер легких изотопов. До появления первых звезд с момента Большого взрыва прошло не менее 550 миллионов лет, затем они начали собираться в галактики.
Если говорить о Солнечной системе, то она начала формироваться только спустя 9 миллиардов лет после Большого взрыва. Фрагменты одного из газопылевых облаков в разных его частях начали сжиматься, формируя шарообразные объекты. Затем центральная часть зажглась, став Солнцем, а остальные элементы превратились в планеты. Сейчас Солнечная система находится в стабильном состоянии — когда этот баланс нарушится, сказать сложно.
К примеру, по подсчетам ученых, спустя 2,5 миллиарда лет от сегодняшнего дня Млечный путь и Галактика Андромеды столкнутся, но увидеть это мы не сможем. Почему? Примерно через миллиард лет наше светило совсем немного увеличится в размерах, но этого окажется достаточно, чтобы выжечь все живое на Земле.
Само Солнце просуществует еще миллиарды лет и постоянно расширяясь, расходуя запасы водородного топлива, в конце своего пути оно увеличится в 250 – 300 раз относительно нынешних габаритов. До схлопывания в белый карлик звезда успеет поглотить Землю — ориентировочно это событие произойдет через 7,5 млрд лет.
Настанет эпоха догорания, когда Солнце, уменьшившись в несколько раз, еще миллиарды лет будет выглядеть как крохотное белое светило. Постепенно остывая, оно превратится в черного карлика, но станет ли оно сверхновой? Пока точного ответа нет.
Как исчезнет Вселенная: четыре прогноза учёных
Что мы знаем о прошлом? Довольно много — сегодня ученые могут рассказать вам о том, что происходило во Вселенной после Большого взрыва до миллисекунд, как образовались галактики, звезды, планеты и мы. Но ведь у всего есть конец — правда? Когда-нибудь не станет человечества, возможно, мы сами убьем себя либо нас убьют супербактерии… Ну а если ни того, ни другого не случится, тогда мы стопроцентно погибнем от нашего творца — крайне маленькой, пока еще дружелюбной звезды Солнце. Случится это ориентировочно через 4,5 миллиарда лет, тогда звезда увеличится до масштабов красного гиганта и поглотит все ближайшие планеты с твердой поверхностью — Меркурий, Венеру, Землю и Марс.
Однако все живое умрет куда раньше: примерно через миллиард лет. Ученые, исследуя уровень светимости и теплового излучения Солнца, заметили, что его температура постоянно растет. Каждый 1 миллиард лет это значение увеличивается на 10%. Такого отклонения от нынешней нормы хватит для того, чтобы испарились все реки, моря и океаны на Земле, сделав её горячей, безжизненной и огромной пустынной планетой. Примерно в таком состоянии сейчас находится Марс. Кстати о Марсе.
Многие организмы и животные будут вынуждены мигрировать к полюсам, где температура будет ниже, но и это не будет спасением. Выжить смогут лишь немногие бактерии и подземные формы жизни.
Через 1 миллиард лет наша планета пострадает не только от засухи и глобального изменения климата, вызванного повышением температура и солнечной радиации, но еще и от того, что Земля сместится в так называемую «зону необитаемости». То есть на такое расстояние, при котором ничего живое, в нашем понимании, существовать не сможет. По крайней мере, человечество уж точно. А вот Марс, наоборот, к тому времени будет находится в диапазоне от 49 до 70 астрономических единиц, при котором мы смогли бы вполне комфортно на нем жить. Поэтому исследовать Красную планету и искать способы пермещения на неё важно. Но, к сожалению, жизнь на Марсе сможет существовать тоже отнюдь недолго. Когда-нибудь и на нем станет слишком жарко, поэтому важно искать способы покинуть Солнечную систему и переместиться на другую планету, чтобы продолжить свой род. Случится это или нет — покажет только время. В любом случае, мне кажется, что ничего лучше Земли мы не найдем. И стоит позаботиться о комфортном пребывании и продолжении нашего рода здесь — на нашей родной синей планете.
Даже если мы и сможем найти достойную замену нашей Земле, где мы полноценно обустроимся, привычная структура Вселенной когда-то исчезнет. Но откуда мы это знаем? Как мы можем узнать то, что случится через несколько миллиардов или триллионов лет? Почти так же, как мы узнаем погоду. Да, возможно, не самое удачное сравнение, но тем не менее. Для того, чтобы узнать, что будет завтра за окном, метеорологи по всему миру запускают в небо зонды, которые собирают информацию о температуре, направлении ветра, влажности, давлении. Спутники создают карту облаков.
После, собранные данные анализируются. Когда этих данных много, и мы знаем, какая погода сейчас, например в Санкт-Петербурге, мы может сопоставить эту информацию с данными движения ветра и спрогнозировать, что дождевое облако принесет непогоду в Москву. Со Вселенной все так же, только используемые технологии в разы масштабнее. С помощью радиотелескопов мы можем наблюдать за звездами, галактиками и даже черным дырами. Совсем недавно проект телескопа горизонта событий смог запечатлеть тень черной дыры в радиодиапазоне. Это я все к тому, что качество наших наблюдений за космосом стало удивительным и со всеми полученными данными мы в силах работать. Зная практически все о жизненном цикле звезд, гравитации и черных дырах, ученые в силах, пускай не стопроцентно, но предсказать, что станет с нашей Вселенной потом — спустя миллиарды лет. Всего выдвинуто четыре основные теории, о всех них мы сегодня с вами поговорим.
Наше пространство, время и материя когда-то находились в бесконечно маленькой точке — сингулярности. В этом состоянии все привычные нам законы физики еще не работали. Однако уже в момент 0,00000001 секунды после Большого взрыва пространство начало расширяться, и скорость этого расширения с годами только росла и продолжает расти. Откуда ученые это выяснили? Опять же — из наблюдений за галактиками. Если исследовать любую отдаленную от нас галактику в течение некоторого времени, то можно увидеть так называемый эффект красного смещения — это когда световые волны меняют свою длину и переходят в красный спектр. Об этом я рассказывал в одном из прошлых материалов. Так вот — кроме красного смещения меняется и интенсивность излучения, её визуальные размеры. Если галактика находится на большом расстоянии, скажем, в двух мегапарсеках, то скорость удаления будет в два раза больше. Если в трех, то в три раза и так далее.
Что заставляет пространство расширяться? Ученые называют это тёмной энергией. Темная энергия — это гипотетический вид энергии, который оказывает антигравитационное воздействие на пространство. Пока мы точно не знаем, что это. Практическое открытие тёмной энергии позволит нам узнать лучше, что будет в будущем, а также понять механику пространства и то, почему Вселенная расширяется.
Если теория верна, а наблюдения не врут, то Вселенная продолжит экспоненциально расширяться, постоянно увеличивая скорость. Температура пространства будет падать, звезды продолжат тратить свои энергетические запасы, постепенно эволюционируя в красных гигантов. За миллиарды лет все небесные светила выгорят. Вселенная будет состоять из белых карликов, нейтронных звезд и чёрных дыр. Спустя 150 миллиардов лет скорость расширения Вселенной будет удалять с такой скоростью галактики друг от друга, что они будут недоступны для наблюдения. Все секреты космоса станут слишком хорошо спрятаны.
Если в то время еще будет существовать разумная жизнь, и у них будет хорошо развитая наука, то вполне вероятно, что они будут считать, что их галактика единственная во всей Вселенной. Никакие формы связи, исследования или уж тем более гипотетические путешествия к другим галактикам станут перманентно невозможными. Через триллион лет звезды перестанут рождаться, похожие на белые крупицы они будут исчезать с ночного неба одна за другой. Солнце к тому моменту, как и миллиарды других звезд, будет находиться в состоянии белого карлика. Спустя триллион лет из галактических систем звезды будут постепенно отправляться в пустое, холодное и загадочное темное пространство. Часть из них упадет непременно в сверхмассивную черную дыру. Последние белые карлики, будут сжигать последние запасы топлива, когда оно иссякнет, белые карлики станут черными карликами — безжизненными, абсолютно черными, сверхплотными звездами. Спустя 100 триллионов лет пространство Вселенной будет изредко освещаться исполняющими свой последний, предсмертный танец белыми карликами и нейтронными звездами. К этому времени расширение Вселенной сотрет все улики Большого взрыва. Космология станет бесполезной. Узнать о нашем прошлом станет невозможно, никакого реликтового излучения, о котором я рассказывал в материале «Как появилось всё», больше не будет.
Самыми яркими объектами во Вселенной к тому времени станут аккреционные диски черных дыр — будущих властительниц Вселенной. Время неумолимо продолжает идти, скорость расширения Вселенной больше не даст возможности никакому излучению галактик как-то достигать друг друга. Звезды сжигают свои последние запасы энергии. Эпоха звездного света подходит к концу, в пространстве не остается практически никаких светящихся объектов, Вселенная постепенно превращается в кладбище бесконечного числа жизней и историй. Планеты начинают покидать свои орбиты и уходят за пределы своих родных звездных систем. Через секстиллион (число с 21 нулем) лет, теоретически, может начаться процесс распада атомов на протоны, а потом и распад самих протонов. Это значит, что вся материя в пространстве будет постепенно исчезать, последние планеты, черные и коричневые карлики станут горстями песка в пучине бесконечной Вселенной. Все это, конечно, повторюсь, в теории, пока мы не знаем точно, могут ли протоны распадаться и сколько на это им нужно времени. Если все-таки такое окажется возможным, то у Вселенной времени наверняка хватит и на это. В будущем, результаты исследования протонов помогут нам лучше понять нашу судьбу. Когда протоны распадутся, в пространстве останутся лишь черные дыры и бесконечное число блуждающих в пространстве фотонов, интенсивность которых с каждой секундой будет ослабевать все больше и больше.
Эра черных дыр
Наступает новая эра — «Эра черных дыр». Глобальные события во Вселенной теперь будут измеряться отрезками не в сотни тысяч лет, как сейчас, а триллионами, квадриллионами, дециллионами лет. Черные дыры будут притягиваться друг к другу, образуются новые галактики с сверхмассивными черными дырами в центре, вокруг которых, подобно звездам, в нынешних галактиках будут вращаться черные дыры поменьше. Со временем все они будут сталкиваться и поглощать друг друга. При объединении черные дыры будут распространять гравитационные волны по всему пространству, подобно волнам на воде, которые появляются, когда бросаешь камень. Шанс возникновения жизни в эту эпоху равняется практически абсолютному нулю. Черные дыры, несмотря на свою власть, мощь и бесконечную энергию, тоже не смогут существовать вечно, спустя сотни дециллионов лет черные дыры начнут испаряться. По крайней мере так это предсказывает теория «Излучения Хокинга». Этот гипотетический процесс впервые описал на основе квантовой механики один из самых величайших ученых современности Стивен Хокинг, собственно, и название теории в его честь. Но, как будут испаряться черные дыры? Что они будут при этом излучать? Излучать они будут энергию. Никаких привычных материальных частиц вы не увидете, ведь ничто физическое не может покинуть черную дыру — однако квантовые энергетические частицы, в теории, могут это сделать. При этом процессе черные дыры будут становиться постепенно все меньше, меньше и меньше. В конечном счете они исчезнут. Когда это случится, пространство нашей Вселенной будет пустым, на просторах еще можно будет встретить последние квантовые частицы, доживающие свои последние триллионы лет жизни.
Когда они исчезнут, начнется «Эпоха вечной тьмы». Никакие события происходить во Вселенной больше не будут. Время, в нашем понимании, больше не имеет смысла. Если темная энергия все-таки есть, и она никак не изменит свои свойства, то пространство так и продолжит расширяться вечно, при этом никаких звезд, планет, черных дыр, даже самых простейших субатомных частиц больше здесь не будет. Температура со временем приблизится к абсолютному нулю. Единственной энергией в пространстве станет темная энергия, которую нам еще предстоит познать.
Большой разрыв
Однако есть еще два варианта будущего нашей Вселенной — если темная энергия есть, и она никак не изменит своей плотности, нашу Вселенную будет ждать судьба вечно расширяющегося, пустого, холодного, темного и безжизненного пространства. Если темной энергии станет больше, и её мощность увеличится, случится «Большой разрыв». Согласно этой теории из-за увеличившейся скорости расширения вся материя в пространстве — звезды, планеты, живые организмы, атомы и субатомные частицы — будут разорваны. Предполагается, что до этого осталось не так уж долго — примерно 20 миллиардов лет. Если все-таки это случится, то за 60 миллионов лет до наступления полной ликвидации всей материи расстроится структура галактик, а перед самим Большим разрывом на кусочки разрушатся планеты, а финалом станет распад атомов и субатомных частиц.
Большое сжатие
Может быть все кардинально по-другому — темная энергия со временем будет ослабевать, тогда будет постепенно уменьшаться и скорость расширения пространства. Гравитация уже не будет так слаженно удерживать галактики рядом друг с другом. Огромная сеть, включающая в себя триллионы звезд и квинтиллионы планет будет постепенно сжиматься. Звезды начнут коллапсировать в черные дыры, засасывая в себя всю окружающую материю. В итоге эти черные дыры сольются в одну. Этой гипотетической ультрамассивной черной дырой постепенно будет поглощена вся наша Вселенная. Эта теория называется «Большим сжатием».
Заключение
На самом деле гипотез о будущем нашей Вселенной значительно больше — ученые даже предполагают, что через каких-то жалких 5 миллиардов лет время просто возьмет и закончится. Если люди тогда еще будут жить, то они никак не ощутят этого. Никакого эффектного замедления времени, подобно таковому в фильме «Матрица» не случится. Само событие непосредственно предсказать или как-то увидеть невозможно. Если это произойдет, то ученые обещают, что случится это внезапно. Нашей цивилизации только предстоит разобраться в нашем будущем и прошлом. О первом мы и вовсе ничего точно не знаем. Словно наблюдатели самого большого эксперимента Шредингера. Пускай для нас эти события непостижимы — ведь не то что целый квадриллион, нам миллион лет довольно сложно представить — это кажется целой вечностью. Однако поиск ответов на эти вопросы заставляет нас двигаться вперед, развивать науку и технику, лучше понимать свойства Вселенной как явления и лучше осознавать ценность жизни. Ведь жизнь, которую нам дала природа, является крошечным мгновением между огненным рождением Вселенной и её ледяной смертью.
11 удивительных вещей, которые произойдут до конца существования Вселенной
Конец Вселенной — какой он?
На ночном небе не останется звезд
Возможно, на небе когда-нибудь не останется ни одной звезды
Через 150 миллиардов лет ночное небо на Земле будет выглядеть совсем иначе. Пока Вселенная стремится к своей тепловой смерти, пространство расширяется быстрее скорости света. Мы знаем, что скорость света является жестким ограничителем скорости всех объектов во Вселенной. Но это применяется только к объектам, которые находятся в пространстве, а не самой ткани пространства-времени. Это трудно понять на лету, но ткань пространства-времени уже расширяется быстрее скорости света. И в будущем это повлечет за собой странные последствия.
Поскольку само пространство расширяется быстрее света, существует космологический горизонт. Любой объект, который уходит за этот горизонт, потребует от нас способности наблюдать и записывать данные о нем с помощью частиц, путешествующих быстрее света. Но таких частиц не существует. Как только объекты уходят за космологический горизонт, они становятся недоступными для нас. Любая попытка контакта или взаимодействия с далекими галактиками за этим горизонтом потребует от нас технологий, способных двигаться быстрее расширения самого пространства. Пока лишь несколько объектов находятся за пределами нашего космологического горизонта. Но поскольку темная энергия ускоряет расширение, все в конечном итоге окажется за пределами досягаемости наших глаз.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Что это означает для Земли? Представьте, что смотрите в ночное небо через 150 миллиардов лет. Единственное, что будет видно, это несколько звездочек, которые остались в пределах космологического горизонта. В конце концов, уйдут и они. Ночное небо будет полностью чистым, как табула раса. Астрономы будущего не смогут доказать, что во Вселенной есть какой-нибудь другой объект. Все звезды и галактики, которые мы видим сейчас, исчезнут. Для нас во всей Вселенной останется только Солнечная система. Правда, Земля вряд ли доживет до этого, но об этом ниже.
Жизнь после смерти Солнца не исчезнет
Возможна ли жизнь после смерти Солнца?
Всем известно, что звезды не вечны. Их срок жизни начинается вместе с их образованием, продолжается всю фазу главной последовательности (на которую приходится большая часть жизни звезды) и заканчивается со смертью звезды. В большинстве случаев звезды раздуваются в несколько сотен раз больше своего обычного размера, заканчивая фазу главной последовательности, а вместе с этим поглощают любые планеты, которые оказываются близко к ним.
Тем не менее для планет, которые вращаются вокруг звезды на больших расстояниях (за пределами «линии промерзания» системы), эти новые условия могут фактически стать достаточно теплыми, чтобы поддерживать жизнь. Согласно недавнему исследованию, проведенному в Институте Карла Сагана при Корнелльском университете, эта ситуация у некоторых звездных систем может продолжаться миллиарды лет и привести к появлению совершенно новых форм внеземной жизни.
Примерно через 5,4 миллиарда лет наше Солнце выйдет из фазы главной последовательности. Исчерпав водородное топливо в ядре, пепел инертного гелия, который там соберется, станет нестабильным и коллапсирует под действием собственного же веса. Это приведет к тому, что ядро нагреется и станет плотнее, что, в свою очередь, приведет к увеличению Солнца в размерах — звезда войдет в фазу «ветви красных гигантов».
Этот период начнется, когда наше Солнце станет субгигантом и будет медленно увеличиваться вдвое в течение около полутора миллиардов лет. Следующие полмиллиарда лет оно будет расширяться быстрее, пока не превысит свой текущий размер в 200 раз и не станет в несколько тысяч раз ярче. Потом оно официально станет красным гигантом и его диаметр составит приблизительно 2 а. е. — Солнце выйдет за пределы текущей орбиты Марса.
Короче говоря, когда звезда расширяется, ее «обитаемая зона» будет делать то же самое, охватывая орбиты Юпитера и Сатурна. Когда это произойдет, ранее нежилое место — вроде спутников Юпитера и Сатурна — может внезапно стать жилым. То же самое справедливо и для многих других звезд во Вселенной, которым суждено стать красными гигантами по мере взросления и умирания.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Когда же наше Солнце дойдет до красной фазы ветви гигантов, ему останется всего 120 миллионов лет активной жизни. Этого времени недостаточно, чтобы появились и развились новые формы жизни, способные стать воистину сложными (вроде людей и других видов млекопитающих). Но согласно недавно опубликованному в The Astrophysical Journal исследованию, некоторые планеты возле других красных гигантов в нашей Вселенной могут оставаться обитаемыми гораздо дольше — до девяти миллиардов лет или больше в некоторых случаях.
Чтобы вы понимали, девять миллиардов лет — это в два раза больше текущего возраста Земли. Предполагая, что интересующие нас миры будут располагать нужным составом элементов, у них будет достаточно времени, чтобы дать начало новым сложным формам жизни. Ведущий автор исследования, профессор Лиза Кальтеннегер, также является директором Института Карла Сагана. Она не понаслышке знает, как искать жизнь во Вселенной:
«Когда звезда стареет и становится ярче, обитаемая зона движется наружу, и вы по сути наблюдаете вторую жизнь планетарной системы. В настоящее время объекты во внешних регионах заморожены в нашей Солнечной системе, как Европа и Энцелад — спутники Юпитера и Сатурна. После того как наше желтое Солнце расширится достаточно, чтобы стать красным гигантом и превратит Землю в выжженную пустыню, в нашей Солнечной системе все еще будут регионы — и в других системах также — где жизнь могла бы процветать».
Когда звезда расширяется, она теряет массу и выталкивает ее наружу в виде солнечного ветра. Планеты, которые вращаются близко к звезде, либо имеют низкую гравитацию на поверхности, могут потерять атмосферу. С другой стороны, планеты с достаточной массой (или расположенные на безопасном расстоянии) могут эту атмосферу сохранить. В контексте нашей Солнечной системы это означает, что через несколько миллиардов лет миры вроде Европы и Энцелада (которые и без того могут иметь жизнь, скрывающуюся под ледяными панцирями) могут стать раем для жизни.
Наше Солнце станет черным карликом
Когда-нибудь наше Солнце станет черным карликом
На данный момент наша Вселенная имеет много различных типов звезд. Красные карлики — холодные звезды, испускающие красный свет — являются одними из самых распространенных. Также во Вселенной много белых карликов. Это звездные останки мертвых звезд, состоящие из вырожденного вещества, удерживаемого вместе с помощью квантовых эффектов. В настоящее время астрономы считают, что белые карлики имеют практически бесконечную продолжительность жизни. Но по прошествии определенного времени даже они умрут и станут экзотическими звездами: черными карликами.
Такая судьба ожидает и наше Солнце. В далеком будущем наше Солнце выбросит свои внешние слои и превратится в белую карликовую звезду, которой будет оставаться миллиарды лет. Но однажды даже белые карлики начнут остывать. Спустя 10 100 лет они остынут до температуры, равной температуре микроволнового фонового излучения, несколько градусов выше абсолютного нуля.
Когда это произойдет, наше светило станет черным карликом. Поскольку этот тип звезды настолько холодный, человеческому глазу он будет невидим. Для любого, кто попытается найти Солнце, которое подарило нам жизнь, это будет невозможно сделать с помощью оптических систем. Ему придется искать его по гравитационным эффектам. Большинство звезд, которые мы видим в ночном небе, станут черными карликами (еще одна причина, почему ночное небо станет чистым). Но за наше теплое Солнце особенно обидно.
Странные звезды
К тому времени, когда наше Солнце станет черным карликом, звездная эволюция уже завершится. Новые звезды рождаться не будут. Вместо этого Вселенную наводнят холодные останки звезд. И это позволит Вселенной начать создавать странные звезды, которые существенно отличаются от известного нам.
Если заглянуть еще дальше в будущее, там будет еще более странная звезда. Примерно через 10 1500 лет в будущем энтропия возьмет свое, и Вселенная будет по сути мертвой. В эти холодные времена управлять Вселенной будут квантовые эффекты.
Квантовое туннелирование позволит легким элементам синтезироваться в нестабильную форму железа. Оно, в свою очередь, будет распадаться на более стабильный изотоп, испуская слабое количество энергии. Эти железные звезды будут единственной формой звезд, возможных в это время. Но они встречаются только в моделях, в которых астрономы не верят в распад протона, так что эта идея не самая популярная.
Все нуклоны распадутся
Распадется ли в конце концов протон?
Перемотаем с точки в 10 15 лет после Большого Взрыва до точки в 10 34 лет. Если человеческая раса к тому моменту не будет мертва, эту-то эпоху мы уж точно не переживем. Как уже было сказано выше, астрономы постоянно спорят о том, распадется ли протон к концу времен. Допустим, да.
Нуклоны — это частицы в ядре атома, протоны и нейтроны. Свободные нейтроны, как известно, распадаются с периодом полураспада в 10 минут. Но протоны невероятно стабильные. Никто не видел воочию распада протона. Но ближе к концу Вселенной все изменится.
Физики предполагают, что период полураспада протона составляет 10 37 лет. Мы не наблюдали этого распада, поскольку Вселенная еще недостаточно стара. В эпоху распада (10 34 – 10 40 лет) протоны наконец начнут распадаться на позитроны и пионы. К концу эпохи распада все протоны и нейтроны во Вселенной закончатся.
Черные дыры наводнят Вселенную
Черные дыры до сих пор остаются загадкой для научного сообщества
Когда нуклоны исчезнут, черные дыры войдут в права и будут править Вселенной от 10 40 года после Большого Взрыва до 10 100 года. С этого момента мы начинаем рассуждать о временах настолько долгих, что понять их нашим умишком совершенно невозможно. Спустя время, намного превышающее современный возраст Вселенной, единственными структурами останутся черные дыры.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Когда нуклоны уйдут, главными субатомными частицами станут лептоны — электроны и позитроны. Они будут подпитывать черные дыры. Поглощая остатки вещества во Вселенной, черные дыры будут сами излучать частицы, которые будут наполнять Вселенную фотонами и гипотетическими гравитонами. Но и черным дырам суждено умереть, как решил Стивен Хокинг.
По мнению Хокинга, черные дыры испаряются из-за своего излучения. Излучая они теряют массу в форме энергии. Этот процесс занимает много времени, поэтому мы о нем практически ничего не знаем. Чтобы черная дыра полностью испарилась, должно пройти 10 60 лет, поэтому этот процесс еще не протекал до конца на веку нашей Вселенной. Но, как мы уже сказали, в конце концов умрут и черные дыры. От них останутся лишь безмассовые частицы и несколько разрозненных лептонов, которые будут лениво взаимодействовать и терять свою энергию.
Появится атом нового типа
После того, как от нашей Вселенной останется лишь несколько субатомных частиц, может показаться, что говорить больше не о чем. Но жизнь может появиться даже в этом худшем из миров.
Многие годы исследователи частиц говорили о позитронии, атомоподобной связи позитрона и электрона. Две этих частицы имеют противоположные заряды. (Позитрон — это античастица электрона). Следовательно, будут электромагнитно притягиваться. Когда пара таких частиц начнет взаимодействовать, у них могут появиться рудиментарные орбиты и поведение атомов.
Поскольку позитроний будет редким, назвать эту модель позитрониевой «химии» полной нельзя. Но из этих странных «атомов» могут выйти весьма любопытные вещи. Во-первых, они смогут существовать на гигантских орбитах, покрывающих межзвездные пространства. Пока две частицы взаимодействуют, они смогут сохранять пару независимо от расстояний.
Во время эпохи черных дыр некоторые из этих «атомов» будут иметь диаметры, охватывающие расстояния больше, чем наша нынешняя наблюдаемая Вселенная. Состоящие из лептонов позитрониевые атомы переживут распад протона и пройдут через эпоху черных дыр. Кроме того, черные дыры будут создавать позитрониевые атомы в процессе излучения. По прошествии определенного времени распадутся и позитрон-электронные пары. Но до этого Вселенная может родить совершенно неописуемую жизнь.
Все замедлится, даже самая мысль
Когда-нибудь не останется и черных дыр, но жизнь появится снова
Когда эпоха черных дыр подойдет к концу и даже эти звездные гиганты исчезнут в темноте, в нашей Вселенной останется лишь несколько вещей, в основном диффузные субатомные частицы и оставшиеся атомы позитрония. После этого во Вселенной все будет происходить чрезвычайно медленно, любое событие может длиться эоны. По мнению некоторых теоретических физиков, таких как Фримен Дайсон, в это время во Вселенной может снова появиться жизнь.
Через долгое-долгое время органическая эволюция может начать развиваться из позитрония. Существа, которые появятся, будут очень отличаться от всего, что мы знаем. Например, они могут быть огромными, охватывая межзвездные расстояния. Поскольку во Вселенной ничего больше не останется, им будет где развернуться. Но поскольку эти формы жизни будут огромными, думать они будут намного медленнее нас. На самом деле, на создание даже одной мысли у такого создания могут уйти триллионы лет.
Нам это может показаться странным, но поскольку эти существа будут существовать на огромных временных отрезках, такая мысль будет для них мгновенной. Они будут существовать невероятно долго, наблюдая за тем, как Вселенная пролетает мимо них. Но и они канут в Лету.
Конец «макрофизики»
Вселенная не будет такой, как прежде
К этому моменту Вселенная достигнет практически максимального состояния энтропии, то есть станет однородным полем энергии и нескольких субатомных частиц. Это будет после эпохи черных дыр, много позже после 10 100 года. Пространство расширится так сильно, а темная энергия станет настолько мощной, что даже черные дыры перестанут существовать и Вселенная лишится массивных объектов.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Трудно представить себе такую Вселенную. Вы только вдумайтесь: звезды перестанут формироваться, поскольку субатомные частицы, из которых состоит материя, будут разделены такими расстояниями, что никак не смогут встретиться, путешествуя со скоростью света. Даже атомы позитрония не смогут появиться.
Физике настанет конец. Единственной физической моделью, которая продолжит работать, будет квантовая механика. Квантовые эффекты будут происходить даже на огромных межзвездных расстояниях, в гигантских временных рамках. В конце концов, температура Вселенной упадет до абсолютного нуля: не останется энергии, которую можно было бы превратить в работу. В некоторых моделях расширение пространства будет расти, разрывая пространство-время на части. Вселенная прекратит свое существование.
Можно ли сбежать от всего этого?
До сих пор наше путешествие к концу Вселенной сопровождалось лишь мрачными и депрессивными событиями. Но физики не теряют оптимизма и набрасывают для человечества возможные способы пережить конец времен и даже заново запустить нашу Вселенную.
Самый многообещающий способ сбежать из нашей Вселенной с максимальной энтропией — использовать черные дыры, пока распад фотоны не сделает жизнь невозможной. Черные дыры остаются весьма загадочными объектами, но теоретики предлагают использовать их для выхода в новые вселенные.
Современная теория предполагает, что пузырьковые вселенные постоянно рождаются в нашей собственной Вселенной, образуя новые вселенные с материей и возможностью для жизни. Хокинг полагает, что черные дыры могут быть выходами в эти новые вселенные. Но есть одна проблема. Как только вы пересекаете границу черной дыры, пути назад нет. Поэтому если человечество решит отправиться в черную дыру, это будет поездка в один конец.
Для начала придется найти достаточно массивную вращающуюся черную дыру, чтобы пережить поездку через горизонт событий. Вопреки распространенному мнению, через массивные черные дыры безопаснее путешествовать. Космические путешественники будущего могут надеяться, что поездка не закончится плачевно, но никак не смогут связаться со своими друзьями по эту сторону черной дыры и сообщить им о результате. Каждая поездка будет прыжком веры.
Но есть способ убедиться, что по ту сторону нас ждет новая вселенная. По мнению Алана Гута, новорожденной Вселенной нужно всего 10 89 протонов, 10 89 электронов, 10 89 позитронов, 10 89 нейтрино, 10 89 антинейтрино, 10 79 протонов и 10 79 нейтронов для старта. Может показаться, что это много, но в сумме это не больше кирпича.
Люди будущего могли бы произвести ложный вакуум — область пространства с потенциалом для расширения — с помощью сверхсильного гравитационного поля. В далеком будущем люди могли бы заполучить технологию для создания ложного вакуума и начать собственную вселенную. Поскольку изначальная инфляция вселенной длится долю секунды, новая вселенная расширится мгновенно и станет новым домом для людей. Быстрый прыжок через червоточину — и мы спасены.
Случайное квантовое туннелирование может перезапустить вселенную
Что будет со Вселенной, которую мы оставили позади? Через некоторое время она наконец достигнет максимальной энтропии и станет совершенно непригодной для жизни. Но даже в этой мертвой вселенной у жизни будет шанс. Исследователи квантовой механики знают об эффекте квантового туннелирования. Это когда субатомная частица может войти в энергетическое состояние, невозможное классически.
В классической механике, например, мяч не может спонтанно взять и закатиться на холм. Это запрещенное энергетическое состояние. У элементарных частиц также есть запрещенные энергетические состояния с точки зрения классической механики, но квантовая механика переворачивает все с ног на голову. Некоторые частицы могут «туннелировать» в эти энергетические состояния.
Этот процесс уже происходит в звездах. Но применительно к концу вселенной возникает странная возможность. Частицы в классической статистической механике не могут переходить от более высокого состояния энтропии на более низкое. Но с квантовым туннелированием — могут и будут. Физики Шон Кэрролл и Дженнифер Чен предложили идею, что через определенное время квантовое туннелирование может спонтанно уменьшить энтропию в мертвой вселенной, привести к новому Большому Взрыву и перезапуску вселенной. Но не задерживайте дыхание. Чтобы спонтанное уменьшение энтропии случилось, придется ждать 10 10^10^56 лет.
Есть и другая теория, которая дает нам надежду на новую вселенную — в этот раз от математиков. В 1890 году Анри Пуанкаре опубликовал свою рекуррентную теорему, согласно которой спустя невероятно долгое время все системы возвращаются в состояние, очень близкое к исходному. Это применимо и к термодинамике, в которой случайные тепловые флуктуации во вселенной с высокой энтропией могут привести к ее возврату в изначальное состояние, после чего все начнется снова. Пройдет время, и Вселенная может сформироваться снова, а существа, которые будут в ней жить, не будут иметь ни малейшего понятия о том, что живут в нашей вселенной.