Ingenting er evig. Og vårt univers vil selvfølgelig også dø. Ryktene sier at det vil være evig utvidelse og til slutt død fra entropi. Universet utvides og entropi vokser og vil fortsette å vokse til alt vi holder av, dør. Men dette er følelser, og vi er menneskelige forskere, så vi lurer på hvordan enden på universet vil se ut? Hva vil det være ledsaget av? Nei, vel, nysgjerrig.
Det vil ikke være noen stjerner igjen på nattehimmelen
Om 150 milliarder år vil nattehimmelen på jorden se veldig annerledes ut. Når universet har en tendens til sin termiske død, utvides rommet raskere enn lysets hastighet. Vi vet at lysets hastighet er den stive hastighetsbegrenseren for alle objekter i universet. Men dette gjelder bare objekter som er i rommet, ikke stoffet i selve romtiden. Det er vanskelig å finne ut på farten, men stoffet i romtiden utvides allerede raskere enn lysets hastighet. Og i fremtiden vil dette medføre merkelige konsekvenser.
Siden rommet i seg selv ekspanderer raskere enn lys, er det en kosmologisk horisont. Ethvert objekt som går utover denne horisonten vil kreve at vi kan observere og registrere data om det ved hjelp av partikler som beveger seg raskere enn lys. Men det er ingen slike partikler. Så snart gjenstander forlater den kosmologiske horisonten, blir de utilgjengelige for oss. Ethvert forsøk på å kontakte eller samhandle med fjerne galakser utover denne horisonten vil kreve teknologi fra oss som kan bevege seg raskere enn utvidelsen av selve rommet. Så langt er bare noen få gjenstander utenfor vår kosmologiske horisont. Men når mørk energi akselererer utvidelse, vil alt til slutt være utenfor øynene våre.
Hva betyr dette for jorden? Tenk deg å stirre ut på nattehimmelen 150 milliarder år fra nå. Det eneste som blir sett er noen få stjerner som forblir innenfor den kosmologiske horisonten. Til slutt vil de også dra. Nattehimmelen vil være helt klar, som tabula rasa. Fremtidens astronomer vil ikke kunne bevise at det er noe annet objekt i universet. Alle stjernene og galaksene vi ser nå vil forsvinne. For oss er det bare solsystemet som vil forbli i hele universet. Det er sant at jorden sannsynligvis ikke vil leve opp til dette, men mer om det nedenfor.
Kampanjevideo:
Livet etter solens død vil ikke forsvinne
Alle vet at stjerner ikke varer evig. Levetiden deres begynner med dannelsen, fortsetter gjennom hele sekvensfasen (som står for det meste av stjernens liv), og slutter med stjernens død. I de fleste tilfeller svulmer stjerner opp til flere hundre ganger sin normale størrelse, og avslutter hovedsekvensfasen, og svelger med dette alle planeter som kommer nær dem.
Imidlertid, for planeter som kretser rundt stjernen på store avstander (utenfor "fryselinjen" i systemet), kan disse nye forholdene faktisk bli varme nok til å støtte livet. I følge en fersk studie fra Carl Sagan Institute ved Cornell University, kan denne situasjonen i noen stjernesystemer vare i milliarder av år og føre til fremveksten av helt nye former for utenomjordisk liv.
Om cirka 5,4 milliarder år vil vår sol avslutte hovedsekvensfasen. Etter å ha brukt opp hydrogenbrenselet i kjernen, vil asken av inert helium som vil samles der bli ustabil og kollapse under påvirkning av sin egen vekt. Dette vil føre til at kjernen varmes opp og blir tettere, noe som igjen vil føre til en økning i størrelsen på solen - stjernen vil gå inn i fasen av "grenen av røde giganter".
Denne perioden vil begynne når solen vår blir en underkjempe og vil sakte fordobles i størrelse over omtrent en og en halv milliard år. Den vil utvide seg raskere de neste halve milliarden årene, til den er 200 ganger sin nåværende størrelse og flere tusen ganger lysere. Da vil den offisielt bli en rød gigant, og dens diameter vil være omtrent 2 AU. e. - Solen vil gå utover Mars 'nåværende bane.
Åpenbart vil jorden ikke overleve utseendet til en rød gigant i solsystemet, som kvikksølv, Venus eller Mars. Men utover fryselinjen, der det er kaldt nok til at flyktige forbindelser - vann, ammoniakk, metan, karbondioksid og karbonmonoksid - forblir frossen, vil det være gasskjemper, iskjemper og dvergplaneter. Og en fullstendig tining vil begynne.
Kort sagt, når en stjerne utvides, vil dens "beboelige sone" gjøre det samme og spenner over banene til Jupiter og Saturn. Når dette skjer, kan et tidligere ubebodd sted - som månene til Jupiter og Saturn - plutselig bli bolig. Det samme gjelder mange andre stjerner i universet, som er bestemt til å bli røde giganter når de vokser opp og dør.
Når solen vår når den røde fasen av den gigantiske grenen, vil den bare ha 120 millioner år med aktivt liv. Denne tiden er ikke nok til at nye livsformer dukker opp og utvikler seg som kan bli virkelig komplekse (som mennesker og andre pattedyrarter). Men ifølge en studie som nylig ble publisert i The Astrophysical Journal, kan noen planeter i nærheten av andre røde giganter i vårt univers forbli bebodd i mye lenger tid - opp til ni milliarder år eller mer i noen tilfeller.
For at du skal forstå, er ni milliarder år dobbelt så mye som jordens nåværende alder. Forutsatt at verdenene av interesse for oss vil ha den rette sammensetningen av elementer, vil de ha nok tid til å gi opphav til nye komplekse livsformer. Studiens hovedforfatter, professor Lisa Kaltenneger, er også direktør for Carl Sagan Institute. Hun vet på førstehånd hvordan man søker etter livet i universet:
«Når en stjerne blir eldre og lysere, beveger den beboelige sonen seg utover, og du ser i hovedsak et nytt liv for planetsystemet. Foreløpig er gjenstander i de ytre områdene frosset i vårt solsystem, som Europa og Enceladus, månene til Jupiter og Saturn. Etter at den gule solen vår har utvidet seg nok til å bli en rød gigant og gjøre jorden til en svidd ørken, vil det fremdeles være områder i vårt solsystem - og i andre systemer også - hvor livet kan blomstre."
Når en stjerne utvides, mister den masse og skyver den utover i form av solvinden. Planeter som kretser nær stjernen, eller har lav overflatevekt, kan miste atmosfæren. På den annen side kan planeter med tilstrekkelig masse (eller ligger på sikker avstand) bevare denne atmosfæren. I sammenheng med vårt solsystem betyr dette at verdener som Europa og Enceladus (som kanskje allerede har liv gjemt under isskjell) om noen få milliarder år kan bli et paradis for livet.
Vår sol vil bli en svart dverg
For øyeblikket har universet vårt mange forskjellige typer stjerner. Røde dverger - kule stjerner som avgir rødt lys - er blant de vanligste. Det er også mange hvite dverger i universet. Dette er stjernenes rester av døde stjerner, som består av utartet materie som holdes sammen av kvanteeffekter. For tiden mener astronomer at hvite dverger har en nesten uendelig levetid. Men etter en viss tid vil selv de dø og bli eksotiske stjerner: svarte dverger.
En slik skjebne venter også på vår sol. I en fjern fremtid vil solen vår kaste ut de ytre lagene og bli til en hvit dvergstjerne som vil forbli i milliarder av år. Men en dag vil til og med hvite dverger begynne å kjøle seg ned. Etter 10 (til 100 års kraft) vil de kjøle seg ned til en temperatur som er lik temperaturen på mikrobølgeovnens bakgrunnsstråling, noen få grader over absolutt null.
Når dette skjer, blir stjernen vår en svart dverg. Fordi denne typen stjerner er så kald, vil den være usynlig for det menneskelige øye. For alle som prøver å finne solen som ga oss liv, vil det være umulig å gjøre det ved hjelp av optiske systemer. Han må se etter det ved gravitasjonseffekter. De fleste av stjernene vi ser på nattehimmelen vil bli svarte dverger (en annen grunn til at nattehimmelen blir klar). Men for vår varme sol er det spesielt støtende.
Merkelige stjerner
Når solen vår blir en svart dverg, er stjernevolusjonen allerede fullført. Nye stjerner vil ikke bli født. I stedet vil universet bli oversvømmet med kalde rester av stjerner. Og dette vil tillate at universet begynner å skape rare stjerner som er vesentlig forskjellige fra det vi kjenner.
En av disse er en kald eller kald stjerne. Når stjerner i universet brenner ut kjernefysisk drivstoff, øker de metallisiteten. I astronomi er det et mål på grunnstoffene i en stjerne som er tyngre enn helium - nesten alle grunnstoffer, og begynner med litium. Når en stjernes metallisitet øker, blir de kaldere når de tyngre elementene frigjør mindre energi under fusjonen. Til slutt vil stjernene bli så kalde at de vil ha en temperatur på 0 grader, vannets frysepunkt.
Ser vi lenger inn i fremtiden, vil det være en enda fremmed stjerne. Om 10 år (i kraft av 1500) år i fremtiden vil entropi ta sin toll, og universet vil i det vesentlige være dødt. I disse kalde tider vil kvanteeffekter styre universet.
Kvantetunnel gjør at lette elementer kan syntetiseres til en ustabil form av jern. Den vil i sin tur forfalle til en mer stabil isotop og avgir en svak mengde energi. Disse jernstjernene vil være den eneste stjerneformen som er mulig på dette tidspunktet. Men de finnes bare i modeller der astronomer ikke tror på protonråte, så denne ideen er ikke den mest populære.
Alle nukleoner vil forfalle
La oss spole tilbake fra et punkt på 10 (til kraften 15) år etter Big Bang til et punkt på 10 (til kraften på 34) år. Hvis menneskeheten ikke er død innen den tiden, vil vi absolutt ikke overleve denne tiden. Som nevnt ovenfor krangler astronomer hele tiden om protonen vil forfalle ved tidens slutt. La oss si ja.
Nukleoner er partikler i kjernen til et atom, protoner og nøytroner. Det er kjent at frie nøytroner forfaller med en halveringstid på 10 minutter. Men protoner er utrolig stabile. Ingen har sett førstehånds forfall av et proton. Men mot slutten av universet vil alt endre seg.
Fysikere antar at halveringstiden til en proton er 10 år (til kraften 37) år. Vi har ikke sett dette forfallet fordi universet ikke er gammelt nok ennå. I forfalletiden (10 (til makten 34) - 10 (til kraften 40) år) vil protonene endelig begynne å forfalle til positroner og pioner. Ved slutten av forfalletiden vil alle protoner og nøytroner i universet løpe ut.
Åpenbart vil livet i universet begynne å få problemer. Hvis vi antar at menneskeheten overlevde forandringen av solen og migrerte til mer vennlige deler av universet, vil fysikkens lover på et tidspunkt begynne å diktere menneskehetens død. Kroppene våre og alle interstellare objekter er laget av nukleoner. Når de går i oppløsning, vil ethvert liv ta slutt, siden atomene selv vil slutte å eksistere. Livet vil ikke være i stand til å fortsette å eksistere under slike forhold (og i en slik form), og universet vil stupe inn i tiden med sorte hull.
Svarte hull vil oversvømme universet
Når nukleonene forsvinner, vil sorte hull trenge lov og vil herske over universet fra 10 (til kraften 40) år etter Big Bang til 10 (til kraften 100) år. Fra dette øyeblikket begynner vi å snakke om tider så lange at det er absolutt umulig å forstå dem med vårt sinn. Etter en tid som er mye lengre enn universets nåværende tidsalder, vil sorte hull forbli de eneste strukturene.
Når nukleonene går, vil de viktigste subatomære partiklene være leptoner - elektroner og positroner. De vil gi drivstoff til svarte hull. Ved å absorbere restene av materie i universet, vil sorte hull selv avgi partikler som vil fylle universet med fotoner og hypotetiske gravitoner. Men sorte hull er bestemt til å dø, slik Stephen Hawking bestemte seg for.
I følge Hawking fordamper svarte hull på grunn av strålingen. Når de stråler, mister de masse i form av energi. Denne prosessen tar lang tid, så vi vet praktisk talt ingenting om den. Det tar 10 (til en kraft av 60) år for et svart hull å fordampe helt, så denne prosessen har ennå ikke gått til slutten på et århundre av vårt univers. Men som sagt, sorte hull vil til slutt også dø. Bare masseløse partikler og noen få spredte leptoner vil være igjen av dem, som lat samhandler og mister energien.
Et atom av en ny type vil dukke opp
Med bare noen få subatomære partikler igjen av vårt univers, kan det virke som om det ikke er noe mer å snakke om. Men livet kan dukke opp selv i denne verste verdenen.
I mange år har partikkelforskere snakket om positronium, det atomlignende båndet mellom en positron og et elektron. Disse to partiklene har motsatte ladninger. (Positronen er elektronens antipartikkel). Derfor vil de tiltrekkes elektromagnetisk. Når et par slike partikler begynner å samhandle, kan de ha rudimentære baner og atomatferd.
Siden positronium vil være sjelden, kan ikke denne modellen av positronium "kjemi" kalles komplett. Men veldig nysgjerrige ting kan komme ut av disse rare "atomene". For det første kan de eksistere i gigantiske baner som dekker det interstellare rommet. Så lenge de to partiklene samhandler, vil de være i stand til å opprettholde et par uavhengig av avstand.
I løpet av tiden med sorte hull vil noen av disse "atomene" ha diametre som strekker seg over større avstander enn vårt nåværende observerbare univers. Positroniumatomer sammensatt av leptoner vil overleve forfallet til en proton og passere gjennom tiden med sorte hull. I tillegg vil sorte hull skape positroniumatomer i strålingsprosessen. Etter en viss tid vil også positron-elektronparene forfalle. Men før det kan universet føde et helt ubeskrivelig liv.
Alt vil avta, til og med selve tanken
Når epoken med sorte hull nærmer seg slutten, og til og med disse stjernekjempene forsvinner i mørket, vil bare noen få ting være igjen i vårt univers, hovedsakelig diffuse subatomære partikler og de gjenværende atomer av positronium. Etter det vil alt i universet skje ekstremt sakte, enhver hendelse kan vare i evigheter. I følge noen teoretiske fysikere, som Freeman Dyson, kan livet dukke opp igjen i universet på denne tiden.
Etter lang, lang tid kan organisk evolusjon begynne å utvikle seg fra positronium. Skapningene som vil vises, vil være veldig forskjellige fra alt vi kjenner. For eksempel kan de være enorme og strekke seg over interstellare avstander. Siden det ikke er noe annet igjen i universet, vil de ha hvor de kan snu. Men siden disse livsformene vil være enorme, vil de tenke mye tregere enn oss. Faktisk kan det ta billioner år for en slik skapning å skape en tanke.
Det kan virke rart for oss, men siden disse skapningene vil eksistere med enorme tidsintervaller, vil en slik tanke være øyeblikkelig for dem. De vil eksistere i utrolig lang tid og se på at Universet flyr forbi dem. Men de vil synke i glemselen.
Slutten på "makrofysikk"
På denne tiden vil Universet nå nesten den maksimale tilstanden til entropi, det vil si at det vil bli et homogent felt av energi og flere subatomære partikler. Dette vil være etter en periode med sorte hull, mye senere etter 10 (til en kraft av 100) år. Rom vil utvide seg så mye, og mørk energi vil bli så kraftig at til og med sorte hull vil opphøre å eksistere og universet vil miste massive gjenstander.
Det er vanskelig å forestille seg et slikt univers. Tenk på det: stjerner vil slutte å danne seg, fordi de subatomære partiklene som utgjør materie vil være atskilt med slike avstander at de ikke kan møtes på noen måte og beveger seg med lysets hastighet. Selv positroniumatomer kan ikke vises.
Fysikk vil komme til en slutt. Den eneste fysiske modellen som vil fortsette å fungere, vil være kvantemekanikk. Kvanteeffekter vil forekomme selv på store interstellare avstander, i en gigantisk tidsramme. Til slutt vil universets temperatur synke til absolutt null: det vil ikke være energi igjen til å bli arbeid. I noen modeller vil utvidelsen av rommet vokse og rive romtiden fra hverandre. Universet vil slutte å eksistere.
Er det mulig å flykte fra alt dette?
Inntil nå har vår reise mot slutten av universet vært ledsaget av bare mørke og deprimerende hendelser. Men fysikere mister ikke optimismen og skisserer mulige måter for menneskeheten å overleve sluttidene og til og med starte vårt univers på nytt.
Den mest lovende måten å unnslippe vårt univers med maksimal entropi er å bruke sorte hull til forfallet av fotoner gjør livet umulig. Sorte hull forblir veldig mystiske gjenstander, men teoretikere foreslår å bruke dem til å komme inn i nye universer.
Moderne teori antyder at bobleunivers stadig blir født i vårt eget univers, og danner nye univers med materie og muligheten for liv. Hawking mener at sorte hull kan være portene til disse nye universene. Men det er ett problem. Når du krysser grensen til det sorte hullet, er det ingen vei tilbake. Derfor, hvis menneskeheten bestemmer seg for å gå til et svart hull, vil det være en enveis tur.
Først må du finne et spinnende svart hull som er massivt nok til å overleve turen over begivenhetshorisonten. I motsetning til hva mange tror er massive svarte hull tryggere å reise gjennom. Fremtidens romreisende håper kanskje at turen ikke ender dårlig, men de vil ikke kunne kontakte vennene sine på denne siden av det sorte hullet og informere dem om resultatet. Hver tur vil være et sprang i troen.
Men det er en måte å sørge for at et nytt univers venter oss på den andre siden. Ifølge Alan Guth trenger det nyfødte universet bare 10 (til kraften 89) protoner, 10 (til kraften 89) elektroner, 10 (til kraften 89) positroner, 10 (til kraften 89) nøytrinoer, 10 (til kraften til 89) antineutrinoer, 10 (til kraften 79) protoner og 10 (til kraften 79) nøytroner for starten. Det kan virke som mye, men totalt sett er det ikke mer enn en murstein.
Fremtidens mennesker kan generere et falskt vakuum - et område i rommet med potensial for utvidelse - ved hjelp av et supersterkt gravitasjonsfelt. I en fjern fremtid kunne mennesker få tak i teknologien for å skape et falskt vakuum og starte sitt eget univers. Siden den første inflasjonen i universet varer en brøkdel av et sekund, vil det nye universet utvide seg umiddelbart og bli et nytt hjem for mennesker. Et raskt hopp gjennom ormehullet så blir vi frelst.
Tilfeldig kvantetunnel kan starte universet på nytt
Hva vil skje med universet som vi etterlot oss? Etter en stund vil den endelig nå sin maksimale entropi og bli helt ubeboelig. Men selv i dette døde universet vil livet ha en sjanse. Forskere innen kvantemekanikk er klar over effekten av kvantetunnel. Dette er når en subatomær partikkel kan komme inn i en energitilstand som er umulig klassisk.
I klassisk mekanikk, for eksempel, kan ikke ballen spontant plukke opp og rulle opp en bakke. Dette er en forbudt energitilstand. Elementære partikler har også forbudte energitilstander fra klassisk mekanikers synspunkt, men kvantemekanikk snur alt på hodet. Noen partikler kan "tunnel" inn i disse energitilstandene.
Denne prosessen foregår allerede i stjernene. Men når det brukes på slutten av universet, oppstår en merkelig mulighet. Partikler i klassisk statistisk mekanikk kan ikke bevege seg fra en høyere tilstand av entropi til en lavere. Men med kvantetunneling kan og vil de. Fysikerne Sean Carroll og Jennifer Chen har foreslått ideen om at kvantetunneling etter en viss tid spontant kan redusere entropi i et dødt univers, føre til et nytt Big Bang og starte universet på nytt. Men ikke hold pusten. For at en spontan reduksjon i entropi skal skje, må du vente 10 (til kraften 10) ^ (til kraften 10) ^ (til kraften 56) år.
Det er en annen teori som gir oss håp om et nytt univers - denne gangen fra matematikere. I 1890 publiserte Henri Poincaré sin gjentagelsesteori, ifølge hvilken alle systemene etter utrolig lang tid går tilbake til en tilstand som er veldig nær sin opprinnelige tilstand. Dette gjelder også termodynamikk, der tilfeldige termiske svingninger i et univers med høy entropi kan få det til å gå tilbake til sin opprinnelige tilstand, hvoretter alt vil starte på nytt. Tiden vil gå, og universet kan dannes igjen, og skapningene som vil leve i det vil ikke ha den minste anelse om at de lever i vårt univers.
ILYA KHEL
