Nimic nu este etern. Și universul nostru, desigur, va muri și el. Zvonurile spun că va fi expansiunea eternă și, în cele din urmă, moartea din entropie. Universul se extinde, iar entropia este în creștere și va continua să crească până când moare tot ce avem drag. Dar acesta este sentiment și suntem oameni de știință umani, așa că ne întrebăm cum va arăta sfârșitul universului? De ce va fi însoțit? Nu, bine, curios.
Nu vor mai rămâne stele pe cerul nopții
În 150 de miliarde de ani, cerul nopții de pe Pământ va arăta foarte diferit. Pe măsură ce Universul se străduiește să moară termic, spațiul se extinde mai repede decât viteza luminii. Știm că viteza luminii este limitatorul de viteză rigid pentru toate obiectele din univers. Dar acest lucru se aplică numai obiectelor care se află în spațiu, nu țesătura spațiului-timp în sine. Este greu de dat seama din mers, dar țesătura spațiu-timp se extinde deja mai repede decât viteza luminii. Și în viitor acest lucru va avea consecințe ciudate.
Deoarece spațiul în sine se extinde mai repede decât lumina, există un orizont cosmologic. Orice obiect care depășește acest orizont ne va cere să putem observa și înregistra date despre acesta folosind particule care călătoresc mai repede decât lumina. Dar nu există astfel de particule. De îndată ce obiectele părăsesc orizontul cosmologic, ele devin inaccesibile pentru noi. Orice încercare de a contacta sau de a interacționa cu galaxiile îndepărtate dincolo de acest orizont va necesita o tehnologie de la noi care se poate mișca mai repede decât expansiunea spațiului în sine. Până în prezent, doar câteva obiecte se află în afara orizontului nostru cosmologic. Dar pe măsură ce energia întunecată accelerează expansiunea, totul va fi în cele din urmă la îndemâna ochilor noștri.
Ce înseamnă acest lucru pentru Pământ? Imaginați-vă că priviți spre cerul nopții peste 150 de miliarde de ani de acum înainte. Singurul lucru care va fi văzut este câteva stele care rămân în orizontul cosmologic. În cele din urmă, vor pleca și ei. Cerul nopții va fi complet senin, ca și tabula rasa. Astronomii viitorului nu vor putea demonstra că există alt obiect în univers. Toate stelele și galaxiile pe care le vedem acum vor dispărea. Pentru noi, numai Sistemul Solar va rămâne în întregul Univers. Este adevărat, este puțin probabil ca Pământul să fie la înălțimea acestui lucru, dar mai multe despre asta de mai jos.
Video promotional:
Viața după moartea Soarelui nu va dispărea
Toată lumea știe că stelele nu durează pentru totdeauna. Durata lor de viață începe cu formarea lor, continuă pe tot parcursul fazei secvenței principale (care reprezintă cea mai mare parte a vieții stelei) și se încheie cu moartea stelei. În majoritatea cazurilor, stelele se umflă de câteva sute de ori dimensiunea normală, încheind faza principală a secvenței și, cu aceasta, înghite orice planetă care se apropie de ele.
Cu toate acestea, pentru planetele care orbitează steaua la distanțe mari (în afara „liniei de îngheț” a sistemului), aceste noi condiții pot deveni suficient de calde pentru a susține viața. Potrivit unui studiu recent realizat de Institutul Carl Sagan de la Universitatea Cornell, această situație în unele sisteme stelare ar putea dura miliarde de ani și ar putea duce la apariția unor forme complet noi de viață extraterestră.
În aproximativ 5,4 miliarde de ani, Soarele nostru va ieși din faza de secvență principală. După ce a epuizat combustibilul cu hidrogen din miez, cenușa de heliu inert care se va aduna acolo va deveni instabilă și se va prăbuși sub influența propriei lor greutăți. Acest lucru va duce la faptul că miezul se încălzește și devine mai dens, ceea ce, la rândul său, va duce la o creștere a dimensiunii Soarelui - steaua va intra în faza „ramurii uriașilor roșii”.
Această perioadă va începe când Soarele nostru devine subgigant și se va dubla încet ca mărime pe parcursul a aproximativ un miliard și jumătate de ani. Se va extinde într-un ritm mai rapid în următoarele jumătate de miliard de ani, până când va fi de 200 de ori dimensiunea sa actuală și de câteva mii de ori mai strălucitoare. Apoi va deveni oficial un gigant roșu și diametrul său va fi de aproximativ 2 UA. e. - Soarele va trece dincolo de orbita actuală a lui Marte.
Evident, Pământul nu va supraviețui apariției unui gigant roșu în sistemul solar, precum Mercur, Venus sau Marte. Dar dincolo de „linia de îngheț”, unde este suficient de rece pentru ca compușii volatili - apă, amoniac, metan, dioxid de carbon și monoxid de carbon - să rămână înghețați, vor rămâne giganți gazoși, giganți de gheață și planete pitice. Și va începe un dezgheț total.
Pe scurt, atunci când o stea se extinde, „zona sa locuibilă” va face același lucru, acoperind orbitele lui Jupiter și Saturn. Când se întâmplă acest lucru, un loc nelocuit anterior - cum ar fi lunile lui Jupiter și Saturn - poate deveni brusc rezidențial. Același lucru este valabil și pentru multe alte stele din Univers, care sunt destinate să devină giganți roșii pe măsură ce cresc și mor.
Când Soarele nostru atinge faza roșie a ramurii gigantice, va avea doar 120 de milioane de ani de viață activă. Acest timp nu este suficient pentru apariția și dezvoltarea noilor forme de viață, capabile să devină cu adevărat complexe (la fel ca oamenii și alte specii de mamifere). Însă, potrivit unui studiu publicat recent în The Astrophysical Journal, unele planete lângă alți giganți roșii din universul nostru pot rămâne locuite mult mai mult - până la nouă miliarde de ani sau mai mult în unele cazuri.
Pentru a înțelege, nouă miliarde de ani este de două ori vârsta actuală a Pământului. Presupunând că lumile care ne interesează vor avea compoziția corectă a elementelor, vor avea suficient timp pentru a da naștere la noi forme complexe de viață. Autorul principal al studiului, profesorul Lisa Kaltenneger, este și directorul Institutului Carl Sagan. Știe direct cum să caute viața în Univers:
„Pe măsură ce o stea îmbătrânește și este mai strălucitoare, zona locuibilă se deplasează spre exterior și în esență vedeți o a doua viață pentru sistemul planetar. În prezent, obiectele din regiunile exterioare sunt înghețate în sistemul nostru solar, cum ar fi Europa și Enceladus, lunile lui Jupiter și Saturn. După ce Soarele nostru galben se extinde suficient pentru a deveni un uriaș roșu și a transforma Pământul într-un deșert ars, vor exista în continuare regiuni în sistemul nostru solar - și în alte sisteme, de asemenea - unde viața ar putea înflori”.
Pe măsură ce o stea se extinde, pierde masă și o împinge spre exterior sub forma vântului solar. Planetele care orbitează aproape de o stea sau au o greutate redusă a suprafeței își pot pierde atmosfera. Pe de altă parte, planetele cu masă suficientă (sau situate la o distanță sigură) pot păstra această atmosferă. În contextul sistemului nostru solar, acest lucru înseamnă că, în câteva miliarde de ani, lumi precum Europa și Enceladus (care ar putea avea deja viața ascunsă sub cochilii de gheață) ar putea deveni un paradis pentru viață.
Soarele nostru va deveni un pitic negru
În acest moment, universul nostru are multe tipuri diferite de stele. Piticele roșii - stele reci care emit lumină roșie - sunt printre cele mai frecvente. Există, de asemenea, multe pitici albi în univers. Acestea sunt rămășițele stelare ale stelelor moarte, compuse din materie degenerată ținută împreună de efecte cuantice. În prezent, astronomii cred că piticii albi au o durată de viață aproape infinită. Dar după un anumit timp, chiar și ei vor muri și vor deveni stele exotice: pitici negri.
O asemenea soartă îl așteaptă și pe Soarele nostru. În viitorul îndepărtat, Soarele nostru își va scoate straturile exterioare și se va transforma într-o stea pitică albă care va rămâne miliarde de ani. Dar într-o zi, chiar și piticii albi vor începe să se răcească. După 10 (până la puterea de 100) ani, se vor răcori la o temperatură egală cu temperatura radiației de fundal a microundelor, cu câteva grade peste zero absolut.
Când se va întâmpla acest lucru, steaua noastră va deveni un pitic negru. Deoarece acest tip de stea este atât de rece, va fi invizibil pentru ochiul uman. Pentru oricine încearcă să găsească Soarele care ne-a dat viață, va fi imposibil să o facă folosind sisteme optice. Va trebui să o caute prin efecte gravitaționale. Majoritatea stelelor pe care le vedem pe cerul nopții vor deveni pitici negri (un alt motiv pentru care cerul nopții va deveni senin). Dar pentru Soarele nostru cald este deosebit de ofensator.
Stele ciudate
Până când soarele nostru devine o pitică neagră, evoluția stelară a fost deja finalizată. Noi stele nu se vor naște. În schimb, universul va fi inundat de resturi de stele reci. Și acest lucru va permite Universului să înceapă să creeze stele ciudate, care sunt semnificativ diferite de ceea ce știm.
Una dintre acestea este o stea geroasă sau rece. Când stelele din univers își ard combustibilul nuclear, își măresc metalicitatea. În astronomie, este o măsură a elementelor dintr-o stea care sunt mai grele decât heliul - practic toate elementele, începând cu litiu. Pe măsură ce metalicitatea unei stele crește, acestea devin mai reci pe măsură ce elementele mai grele eliberează mai puțină energie în timpul fuziunii. În cele din urmă, stelele vor deveni atât de reci încât vor avea o temperatură de 0 grade, punctul de îngheț al apei.
Dacă te uiți și mai departe în viitor, va exista o stea și mai necunoscută. În aproximativ 10 (până la puterea de 1500) ani în viitor, entropia își va pierde efectul, iar universul va fi în esență mort. În aceste vremuri reci, efectele cuantice vor conduce universul.
Tunelarea cuantică va permite sintetizarea elementelor ușoare într-o formă instabilă de fier. La rândul său, acesta se va descompune într-un izotop mai stabil, emițând o cantitate mică de energie. Aceste stele de fier vor fi singura formă de stea posibilă în acest moment. Dar ele se găsesc doar în modele în care astronomii nu cred în degradarea protonilor, deci această idee nu este cea mai populară.
Toți nucleonii se vor descompune
Să ne întoarcem de la un punct de 10 (la puterea de 15) ani după Big Bang la un punct de 10 (la puterea de 34) ani. Dacă rasa umană nu a murit până atunci, cu siguranță nu vom supraviețui acestei ere. Așa cum s-a menționat mai sus, astronomii susțin în mod constant dacă protonul se va descompune până la sfârșitul timpului. Sa zicem ca da.
Nucleonii sunt particule din nucleul unui atom, protoni și neutroni. Se știe că neutronii liberi se descompun cu un timp de înjumătățire de 10 minute. Dar protonii sunt incredibil de stabili. Nimeni nu a văzut din prima mână decăderea unui proton. Dar spre sfârșitul universului, totul se va schimba.
Fizicienii presupun că timpul de înjumătățire al unui proton este de 10 (până la puterea de 37) ani. Nu am văzut această decădere deoarece universul nu este încă suficient de vechi. În epoca de descompunere (10 (la puterea de 34) - 10 (la puterea de 40) ani), protonii vor începe în sfârșit să se descompună în pozitroni și pioni. Până la sfârșitul epocii de descompunere, toți protonii și neutronii din Univers se vor epuiza.
Evident, viața din Univers va începe să aibă probleme. Dacă presupunem că rasa umană a supraviețuit schimbării Soarelui și a migrat în părți mai prietenoase ale Universului, la un moment dat legile fizicii vor începe să dicteze moartea rasei umane. Corpurile noastre și toate obiectele interstelare sunt formate din nucleoni. Când se dezintegrează, orice viață se va sfârși, deoarece atomii înșiși vor înceta să mai existe. Viața nu va putea continua să existe în astfel de condiții (și într-o astfel de formă), iar Universul se va cufunda în era găurilor negre.
Găurile negre vor inunda universul
Când nucleonii dispar, găurile negre vor intra în lege și vor conduce Universul de la 10 (la puterea de 40) ani după Big Bang la 10 (la puterea de 100) ani. Din acest moment începem să vorbim despre vremuri atât de lungi încât este absolut imposibil să le înțelegem cu mintea noastră. După un timp mult mai lung decât epoca actuală a universului, găurile negre vor rămâne singurele structuri.
Când nucleonii pleacă, principalele particule subatomice vor fi leptoni - electroni și pozitroni. Vor alimenta găurile negre. Prin absorbția resturilor de materie din Univers, găurile negre vor emite particule care vor umple Universul cu fotoni și gravitonii ipotetici. Dar găurile negre sunt destinate să moară, așa cum a decis Stephen Hawking.
Potrivit lui Hawking, găurile negre se evaporă datorită radiației lor. Când radiază, pierd masă sub formă de energie. Acest proces durează mult, deci nu știm practic nimic despre el. Este nevoie de 10 (până la puterea de 60) ani pentru ca o gaură neagră să se evapore complet, așa că acest proces nu a continuat până la sfârșit timp de un secol din Universul nostru. Dar, așa cum am spus, în cele din urmă, vor muri și găurile negre. Doar particulele fără masă și câteva leptoni împrăștiați vor rămâne din ele, care vor interacționa leneș și își vor pierde energia.
Va apărea un atom de un nou tip
Cu doar câteva particule subatomice rămase din universul nostru, s-ar putea să pară că nu mai este nimic despre care să vorbim. Dar viața poate apărea chiar și în această lume cea mai rea.
De mulți ani, cercetătorii de particule au vorbit despre pozitroniu, legătura asemănătoare unui atom dintre un pozitron și un electron. Aceste două particule au sarcini opuse. (Pozitronul este antiparticula electronului). Prin urmare, vor fi atrași electromagnetic. Când o pereche de astfel de particule începe să interacționeze, ele pot avea orbite rudimentare și comportament atomic.
Deoarece pozitroniul va fi rar, acest model de „chimie” a pozitroniului nu poate fi numit complet. Dar lucruri curioase pot ieși din acești „atomi” ciudați. În primul rând, pot exista pe orbite gigantice care acoperă spațiul interstelar. Atâta timp cât cele două particule interacționează, ele vor putea menține o pereche indiferent de distanță.
În timpul găurilor negre, unii dintre acești „atomi” vor avea diametre care se întind pe distanțe mai mari decât universul nostru observabil actual. Atomi de pozitroniu compuși din leptoni vor supraviețui decăderii unui proton și vor trece prin era găurilor negre. În plus, găurile negre vor crea atomi de pozitroniu în procesul de radiație. După un anumit timp, perechile pozitron-electron se vor descompune, de asemenea. Dar înainte de aceasta, Universul poate da naștere unei vieți complet de nedescris.
Totul va încetini, chiar chiar gândul
Când epoca găurilor negre se încheie și chiar și acești uriași stelari dispar în întuneric, în universul nostru vor rămâne doar câteva lucruri, în special particule subatomice difuze și atomii rămași de pozitron. După aceea, totul în Univers se va întâmpla extrem de încet, orice eveniment poate dura timp de eoni. Potrivit unor fizicieni teoretici, cum ar fi Freeman Dyson, viața ar putea reapărea în univers în acest moment.
După o lungă perioadă lungă de timp, evoluția organică poate începe să se dezvolte din pozitroniu. Creaturile care vor apărea vor fi foarte diferite de orice știm. De exemplu, pot fi uriașe, acoperind distanțe interstelare. Deoarece nu mai este nimic altceva în univers, ei vor avea unde să se întoarcă. Dar, deoarece aceste forme de viață vor fi uriașe, vor gândi mult mai încet decât noi. De fapt, poate dura miliarde de ani pentru ca o astfel de creatură să creeze chiar și un singur gând.
Ne poate părea ciudat, dar din moment ce aceste creaturi vor exista la intervale uriașe de timp, un astfel de gând va fi instantaneu pentru ele. Vor exista o perioadă incredibil de lungă, urmărind Universul zburând pe lângă ei. Dar se vor scufunda în uitare.
Sfârșitul „macrofizicii”
În acest moment, Universul va atinge aproape starea maximă de entropie, adică va deveni un câmp omogen de energie și mai multe particule subatomice. Acest lucru va fi după epoca găurilor negre, mult mai târziu, după 10 (până la puterea a 100) de ani. Spațiul se va extinde atât de mult, iar energia întunecată va deveni atât de puternică încât chiar și găurile negre vor înceta să existe și universul va pierde obiecte masive.
Este dificil să ne imaginăm un astfel de univers. Gândește-te: stelele se vor opri din formare, deoarece particulele subatomice care alcătuiesc materia vor fi separate de astfel de distanțe încât nu se pot întâlni în niciun fel, călătorind cu viteza luminii. Nici atomii de pozitron nu pot apărea.
Fizica va ajunge la sfârșit. Singurul model fizic care va continua să funcționeze va fi mecanica cuantică. Efectele cuantice vor apărea chiar și la distanțe interstelare uriașe, într-un interval de timp gigantic. În cele din urmă, temperatura universului va scădea la zero absolut: nu va mai rămâne energie pentru a se transforma în lucru. În unele modele, expansiunea spațiului va crește, distrugând spațiu-timp. Universul va înceta să mai existe.
Este posibil să scapi de toate acestea?
Până acum, călătoria noastră către sfârșitul universului a fost însoțită doar de evenimente întunecate și deprimante. Dar fizicienii nu își pierd optimismul și schițează posibile modalități prin care omenirea să supraviețuiască vremurilor de la sfârșit și chiar să repornească universul nostru.
Cea mai promițătoare modalitate de a scăpa de universul nostru cu entropie maximă este de a folosi găuri negre până când decăderea fotonilor face viața imposibilă. Găurile negre rămân obiecte foarte misterioase, dar teoreticienii propun să le folosească pentru a intra în universuri noi.
Teoria modernă sugerează că universurile cu bule se nasc constant în propriul nostru univers, formând noi universuri cu materia și posibilitatea vieții. Hawking crede că găurile negre ar putea fi poarta de intrare către aceste noi universuri. Dar există o problemă. Odată ce ați trecut granița găurii negre, nu mai există nicio întoarcere. Prin urmare, dacă omenirea decide să meargă la o gaură neagră, va fi o călătorie într-un singur sens.
În primul rând, trebuie să găsiți o gaură neagră care se învârte suficient de masivă pentru a supraviețui călătoriei peste orizontul evenimentelor. Contrar credinței populare, găurile negre masive sunt mai sigure de parcurs. Călătorii spațiali ai viitorului ar putea spera că călătoria nu se va termina prost, dar nu vor putea să-și contacteze prietenii de pe această parte a găurii negre și să îi informeze despre rezultat. Fiecare călătorie va fi un salt de credință.
Dar există o modalitate de a ne asigura că un nou univers ne așteaptă de cealaltă parte. Potrivit lui Alan Guth, Universul nou-născut are nevoie doar de 10 (la puterea a 89) electroni, 10 (la puterea a 89) electroni, 10 (la puterea a 89) pozitroni, 10 (la puterea a 89) neutrini, 10 (la puterea a 89) antineutrini, 10 (la puterea a 79) protoni și 10 (la puterea a 79) neutroni pentru început. Poate părea mult, dar în total nu este mai mult decât o cărămidă.
Oamenii viitorului ar putea genera un fals fals - o regiune a spațiului cu potențial de expansiune - folosind un câmp gravitațional super-puternic. În viitorul îndepărtat, oamenii ar putea pune mâna pe tehnologie pentru a crea un vid fals și a-și începe propriul univers. Deoarece inflația inițială a universului durează o fracțiune de secundă, noul univers se va extinde instantaneu și va deveni o nouă casă pentru oameni. Un salt rapid prin gaura de vierme și suntem salvați.
Tunelarea cuantică aleatorie ar putea reporni universul
Ce se va întâmpla cu universul pe care l-am lăsat în urmă? După un timp, în cele din urmă va atinge entropia maximă și va deveni complet nelocuibil. Dar chiar și în acest univers mort, viața va avea o șansă. Cercetătorii în mecanica cuantică sunt conștienți de efectul tunelurilor cuantice. Acesta este momentul în care o particulă subatomică poate intra într-o stare de energie imposibilă în mod clasic.
În mecanica clasică, de exemplu, mingea nu poate ridica și rula spontan un deal. Aceasta este o stare de energie interzisă. Particulele elementare au, de asemenea, stări de energie interzise din punctul de vedere al mecanicii clasice, dar mecanica cuantică răstoarnă totul. Unele particule pot „tunela” în aceste stări de energie.
Acest proces are loc deja în stele. Dar când este aplicat la sfârșitul universului, apare o posibilitate ciudată. Particulele din mecanica statistică clasică nu se pot deplasa de la o stare de entropie superioară la una inferioară. Dar cu tunelurile cuantice, ele pot și vor. Fizicienii Sean Carroll și Jennifer Chen au propus ideea că după un anumit timp, tunelarea cuantică poate reduce spontan entropia într-un univers mort, poate duce la un nou Big Bang și poate reporni universul. Dar nu-ți ține respirația. Pentru a avea loc o scădere spontană a entropiei, trebuie să așteptați 10 (până la puterea lui 10) ^ (la puterea lui 10) ^ (la puterea de 56) ani.
Există o altă teorie care ne dă speranță pentru un nou univers - de data aceasta de la matematicieni. În 1890, Henri Poincaré și-a publicat teorema recurenței, potrivit căreia, după un timp incredibil de lung, toate sistemele revin într-o stare foarte apropiată de starea lor inițială. Acest lucru se aplică și termodinamicii, în care fluctuațiile termice aleatorii într-un univers cu entropie ridicată îl pot determina să revină la starea inițială, după care totul va începe din nou. Timpul va trece, iar universul se poate forma din nou, iar creaturile care vor trăi în el nu vor avea nici cea mai mică idee că trăiesc în universul nostru.
ILYA KHEL
