Tak, oczywiście, to chyba nas nie dotyczy. Nie jesteśmy niczego pewni przez najbliższe 50 lat i nie mamy pojęcia, co się wydarzy, co możemy tam powiedzieć przez wiele następnych lat.
Ale nadal zastanawiam się, jak to będzie? Jak wszystko zmieni się w „miedziany basen”?
Wszechświat jest globalnym obiektem, który obejmuje czas, przestrzeń i całą swoją zawartość: galaktyki, gwiazdy, planety, ich księżyce, wszystkie inne ciała, całą materię, całą energię. Ten ogromny i wspaniały obiekt narodził się kiedyś. Jak wszystkie dobre rzeczy, wszechświat również ma swój koniec. Wydaje się, że naukowcy zdecydowali o przeszłości i pochodzeniu Wszechświata. Ale prognozy dotyczące końca Wszechświata pozostają zbiorem teorii, które dają różne wyniki w zależności od przyjętych wartości kilku stałych.
Narodziny i życie
Dominującą teorią pochodzenia wszechświata we współczesnej nauce jest Wielki Wybuch. Jeśli ekstrapolować pozorną ekspansję Wszechświata, 13,799 ± 0,021 miliarda lat temu, cała materia była w jednym punkcie o zerowym rozmiarze z nieskończoną gęstością i temperaturą. Wtedy rozpoczęła się ekspansja. Niewiele z późniejszych procesów mieści się w pełnym rozumieniu współczesnej fizyki.
W ciągu pikosekund z plazmy kwarkowo-gluonowej generowano cząstki elementarne. Następnie powstały z nich protony i neutrony, które z kolei dały jądra lekkich izotopów. Jak dotąd tylko jądra - materia jest daleko od atomów.
Po 70 tysiącach lat od punktu wyjścia materia zaczyna dominować nad promieniowaniem. Około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu elektrony i jądra po raz pierwszy tworzą obojętne atomy. Gwiazdy jeszcze nie istnieją. Pierwsze powstały 550 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Gwiazdy gromadzą się w galaktykach. Te ostatnie powstają w wyniku oddziaływania grawitacyjnego w klastry.
Film promocyjny:
Zgodnie z hipotezą mgławicy, około 9 miliardów lat po Wielkim Wybuchu (lub około 4,6 miliarda lat temu), to, co później stało się Układem Słonecznym, zaczęło się formować z jednej chmury gazu i pyłu. Fragment chmury skompresowany w centrum w kulkę, otaczające go części również ulegały kompresji i obracały się szybciej, tworząc charakterystyczny dysk. Nasza gwiazda świeciła z kuli, planety powstawały w zimnych rejonach w gęstniejącej materii.
W tym krótkim opisie interesuje nas możliwość przewidzenia, jak długo Słońce może jeszcze istnieć. 13,799 miliardów lat po tym, jak wszystko się zaczęło, mamy błękitną Ziemię, życie i darmową pornografię w sieciach danych. Wygodny dla nas porządek życia będzie istniał jeszcze długo, ale tylko według ludzkich standardów.
Za 2,4 miliarda lat zderzy się Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy. Nie będzie nikogo, kto by to obserwował z Ziemi. Życie na naszej planecie wymrze za około miliard lat - Słońce dostarczy za dużo ciepła, a oceany po prostu wyparują. Sama gwiazda będzie trwać długo.
Cykl życia słońca.
Za miliardy lat Słońce będzie już czerwonym olbrzymem, który od dawna zużywał swoje zapasy paliwa wodorowego. Rozszerzy się około 250 razy. Niektóre badania pokazują, że zanim zapadnie się w białego karła, Słońce nadal będzie chwytać Ziemię, ponieważ orbita planety obniży się. Nie ma to jednak znaczenia - za 7,6 miliarda lat, kiedy to się stanie, na naszej planecie nic nie będzie żywe. Słońce będzie świecić przez miliardy lat dłużej, ale będzie znacznie słabiej. W końcu zamieni się w czarnego karła. Za kolejny miliard lat grawitacja innych gwiazd zabierze pozostałe planety. Układ słoneczny przestanie istnieć.
Przez następne setki milionów lat nie ma co martwić się śmiercią Ziemi - w tym okresie układ słoneczny jest stabilny. Spalanie paliwa pobliskiej gwiazdy za miliardy lat nie jest nawet problemem. Współczesna ludzkość ma realne zadania, które grożą znacznym pogorszeniem jakości życia. Jest ich wiele: od antybiotyków, które przestają działać z powodu pojawienia się superbakterii, po globalne zmiany klimatyczne spowodowane uwalnianiem gazów cieplarnianych. Wreszcie istnieje banalne niebezpieczeństwo rozpętania wojny termojądrowej lub zniszczenia siebie w inny sposób.
Być może nasi potomkowie przesuną orbitę Ziemi lub nawet się z niej ruszą. Być może Ziemia przetrwa ten proces bez zbędnej pomocy. Ale jakie problemy napotka post-ludzkość, która opuści „kolebkę cywilizacji”? Co czeka inne, pozaziemskie formy życia? Kwestia ostatecznego losu Wszechświata stoi na pograniczu współczesnej nauki kosmologicznej.
Kompresja
Wszechświat się rozszerza, galaktyki oddalają się od siebie. Być może tempo ekspansji zwolni, osiągnie zero, a następnie pójdzie w przeciwnym kierunku. Wszechświat może zacząć się kurczyć, stopniowo zapadając się w czarne dziury. A te czarne dziury połączą się w jedną. Ta hipoteza nazywa się „Wielką Kompresją”.
Zgodnie z prawem Hubble'a stan ekspansji Wszechświata jest określony przez jego gęstość. Jeśli gęstość jest poniżej krytycznej, wszechświat będzie nadal powiększał się i ochładzał. Jeśli gęstość Wszechświata jest wyższa, wówczas siła grawitacji stopniowo zatrzyma rozpraszanie i skieruje je do tyłu. Wszechświat się skurczy.
Upadek będzie się różnił od oryginalnego rozszerzenia. Ogromne gromady galaktyk zbiegną się, a następnie całe galaktyki zaczną się łączyć. W pewnym momencie gwiazdy zbliżą się do siebie tak blisko, że dojdzie do częstych zderzeń. Gwiazdy nie będą w stanie rozproszyć wytworzonego ciepła i zaczną eksplodować, pozostawiając gorący, niejednorodny gaz. W wyniku wzrostu temperatury jego atomy rozpadną się na cząstki elementarne, które zostaną wchłonięte przez łączące się czarne dziury. Hipoteza nie wskazuje, jakie będzie zakończenie.
Jest jeszcze jedna hipoteza kontynuacyjna - Big Bounce. Proste sformułowanie mówi, że Wszechświat przeżywa cykle Wielkiego Wybuchu i Wielkiego Ucisku. Być może ten Wszechświat powstał w wyniku upadku poprzedniego. Oznacza to, że żyjemy w jednym z punktów nieskończonego cyklu skurczów i eksplozji. Jednak ich numeracja nie ma sensu ze względu na przejście punktu osobliwości. Niektóre teorie twierdzą, że Wielka Ucisk doprowadzi do tego samego stanu, od którego wszystko się zaczęło. Nastąpi kolejny Wielki Wybuch. Cykl będzie trwał w nieskończoność.
Jednak ostatnie obserwacje eksperymentalne odległych supernowych jako obiektów o standardowej jasności oraz kompilacja reliktowej mapy promieniowania pokazują, że ekspansja nie zwalnia, a jedynie przyspiesza.
Ekspansja
Wielkie Rozerwanie sugeruje, że kiedyś w przyszłości cała materia we Wszechświecie, gwiazdy i galaktyki, cząstki subatomowe, sama przestrzeń i czas zostaną rozerwane przez tempo ekspansji. Scenariusz tej śmierci mówi, że 60 milionów lat przed finałem Droga Mleczna rozpadnie się, a za trzy miesiące praca układu słonecznego zostanie zakłócona. Pół godziny przed Wielkim Rozdarciem Ziemia (lub podobna planeta) zapadnie się, w ciągu jednej nanosekundy atomy zaczną się zapadać. Zgodnie z hipotezą wszystko to wydarzy się dopiero po 22 miliardach lat, po wygaśnięciu Słońca w białego karła.
Jednak najpopularniejszą teorią pozostaje ciągła ekspansja i wynikająca z niej śmierć cieplna.
Za miliardy lat gwiazdy wypalą się. Z ich szczątków rodzą się białe karły, gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Za 150 miliardów lat od chwili obecnej, z tym samym przyspieszeniem recesji galaktyk, wszystkie galaktyki poza Grupą Lokalną wyjdą poza kosmologiczny horyzont. Wydarzenia w Grupie Lokalnej nie będą w żaden sposób wpływać na wydarzenia w odległych galaktykach i odwrotnie. Podczas obserwacji odległej galaktyki czas zwolni, a następnie po prostu się zatrzyma. Innymi słowy, po 150 miliardach lat obserwator w Grupie Lokalnej nigdy nie zobaczy wydarzeń w odległych galaktykach. Nie będzie już żadnych lotów do nich ani jakiejkolwiek formy komunikacji.
Po 800 miliardach lat jasność Grupy Lokalnej wyraźnie spadnie. Starzejące się gwiazdy będą wydzielały coraz mniej światła, czerwone karły zamieniają się w białe. Po 2 bilionach lat od chwili obecnej, z powodu przesunięcia ku czerwieni, odległe galaktyki będą niemożliwe do wykrycia w żaden sposób: nawet długość fali ich promieni gamma będzie większa niż rozmiar obserwowalnego Wszechświata.
Za 100 bilionów lat formowanie się gwiazd dobiegnie końca, a ich pozostałości będą słabo świecić w przestrzeni. Po wygaśnięciu ostatniej gwiazdy przestrzeń będzie czasami oświetlana rozbłyskami połączenia dwóch białych karłów. Po 1015 latach planety albo spadną na pozostałości swoich dawnych gwiazd, albo trafią do innych ciał. Podobnie za 1019-1020 lat obiekty opuszczą galaktyki. Niewielka część obiektów wpadnie do supermasywnej czarnej dziury.
Dalszy rozwój zależy od tego, czy proton jest stabilny, czy nie. Niektóre eksperymenty twierdzą, że minimalny okres półtrwania protonu wynosi 1034 lata. Jeśli tak jest naprawdę, za 1040 lat we Wszechświecie pozostaną prawie tylko leptony i fotony. Resztki gwiazd znikną, pozostaną tylko czarne dziury. Być może proces niszczenia nukleonów potrwa dłużej.
Za 10100 lat od chwili obecnej czarne dziury wyparują pod wpływem promieniowania Hawkinga. Wreszcie wszechświat będzie prawie całkowicie pusty. Będą w nim latać fotony, neutrina, elektrony i pozytony, czasami się zderzając.
Jeśli protony są stabilne, to po 101500 zimnej fuzji i tunelowaniu kwantowym lekkie jądra zamieniają się w atomy żelaza 56Fe. Pierwiastki cięższe od tego izotopu ulegną rozpadowi wraz z emisją cząstek alfa. Za 101026 lat tunelowanie kwantowe zamieni duże obiekty w czarne dziury. Być może żelazne gwiazdy zmienią się w gwiazdy neutronowe za 101076 lat.
Istnieje możliwość, że za 10101056 lat fluktuacje kwantowe zapoczątkują nowy Wielki Wybuch. Chociaż w tej próżni może narodzić się nawet racjonalna istota: przybliżony szacunek czasu narodzin mózgu Boltzmanna jest raz na 101050 lat.
Istnieją inne, bardziej egzotyczne hipotezy. Na przykład w 2010 roku naukowcy przewidzieli, że za pięć miliardów lat czas się skończy. To wydarzenie będzie trudne do zobaczenia lub w jakiś sposób przewidzenia, zapowiada się nagłe. Przestrzeń może się skończyć z powodu zapadnięcia się fałszywej próżni w prawdziwą, do niższego stanu energetycznego, co prawdopodobnie pociągnie za sobą całkowite zniszczenie obiektów we Wszechświecie.
Wszystkie te hipotezy są zaprojektowane dla obecnych realiów prostego równania stanu ciemnej energii. Jak sama nazwa wskazuje, niewiele wiadomo o ciemnej energii. Jeśli inflacyjny model Wszechświata jest poprawny, to w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu istniały inne formy ciemnej energii. Być może zmieni się równanie stanu. Zmienią się wnioski, jakie można z tego wyciągnąć. Trudno przewidzieć, czego dowiemy się o ciemnej energii, jeśli rozwinęła się ona dopiero pod koniec ubiegłego wieku.
Oto kolejna wersja fizyka teoretycznego Josepha Lykkena z National Accelerator Laboratory. Fermi. Na dorocznej konferencji American Association for the Advancement of Science (AAAS) przedstawił teorię śmierci całego wszechświata.
Badacz powiedział, że badanie właściwości odkrytego bozonu Higgsa potwierdza hipotezę o niestabilności Wszechświata. Oznacza to, że prędzej czy później może całkowicie przestać istnieć w postaci, w jakiej ją znamy.
Winą była masa „boskiej cząstki”, ustalona przez detektory Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) - 126 gigaelektronowoltów.
Kiedy Peter Higgs przewidział istnienie bozonu elementarnego w 1964 roku, jego teoretyczna masa mogła mieścić się w szerokim zakresie od 114 do kilkuset gigaelektronowoltów. Ale uzyskany wynik okazał się być w tej granicznej strefie, poniżej której dopuszcza się założenie tzw. „Fałszywej” próżni.
Mówiąc najprościej, przy takich właściwościach niestabilnej cząstki subatomowej próżnia we Wszechświecie może nie być tak pusta, jak się powszechnie uważa. Jeśli przyjmiemy, że faktycznie posiada on pewną ilość energii, to z pewnym prawdopodobieństwem w pewnym rejonie przestrzeni przypadkowo może powstać prawdziwa „pusta” próżnia.
„W pewnym momencie, z powodu fluktuacji kwantowych, mały bąbelek próżni spowoduje powstanie alternatywnego wszechświata” - wyjaśnia Likken. „Ze względu na niższy poziom energii będzie się rozszerzać z prędkością światła, pochłaniając wszystko dookoła”.
W rzeczywistości mówimy o nowym Wielkim Wybuchu i zastąpieniu jednego pokolenia Wszechświata innym. Ale nie warto zaopatrywać się w sól i zapałki. Po pierwsze, „wersja” otaczającej nas przestrzeni kosmicznej okazała się wystarczająco stabilna, aby przetrwać 13,5 miliarda lat. Jeśli wybuchnie katastrofa, wydarzy się to bardzo, bardzo dawno temu. Po drugie, ekspansja hipotetycznej bańki nastąpi z maksymalną możliwą prędkością, co oznacza, że nie będzie można przewidzieć końca świata, a nastąpi to nieoczekiwanie i całkowicie niewidoczne dla wszystkich żywych istot.