Як помре Всесвіт

0
486
Як помре Всесвіт

Всесвіт — глобальний об’єкт, який включає в себе час, космос і весь його вміст: галактики, зірки, планети, їхні місяця, всі інші тіла, всю матерію, всю енергію. Цей величезний і чудовий об’єкт колись зародився. Як у всього хорошого, у Всесвіті теж є свій кінець. З минулим і зародженням Всесвіту вчені начебто визначилися. А ось пророкування про кінець Всесвіту залишаються набором теорій, які видають різний результат в залежності від прийнятих значень кількох постійних.

Народження і життя

Домінуючою теорією зародження Всесвіту в сучасній науці є Великий вибух. Якщо екстраполювати видиме розширення Всесвіту, 13,799 ± 0,021 мільярда років тому вся речовина знаходилася в одній точці нульового розміру з нескінченною щільністю і температурою. Потім почалося розширення. Мало які з наступних процесів знаходяться в межах повного розуміння сучасної фізики.

За пикосекунди з кварк-глюонної плазми зародилися елементарні частинки. В подальшому з них утворилися протони і нейтрони, ті в свою чергу дали ядра легких ізотопів. Поки лише ядра — до атомів речовини далеко.

Через 70 тисяч років від початкової точки речовина починає домінувати над випромінюванням. Приблизно 380 тисяч років після Великого вибуху електрони і ядра вперше утворюють нейтральні атоми. Зірок ще не існує. Перші утворюються з 550 мільйонів років після Великого вибуху. Зірки збираються в галактики. Останніх гравітаційне взаємодія формує в скупчення.

Згідно небулярной гіпотезі, через ≈9 мільярдів років після Великого вибуху (або ≈4,6 мільярдів років тому) з одного газопилової хмари почало формуватися те, що пізніше стане Сонячною системою. Фрагмент хмари стиснувся в кулю по центру, оточуючі його частини теж стискалися і оберталися швидше, формуючи характерний диск. З кулі засяяла наша зірка, в холодних краях в сгущениях матерії утворювалися планети.

У цьому короткому описі нас цікавить можливість передбачити, скільки Сонце ще може проіснувати. Через 13,799 мільярдів років після того, як все почалося, у нас є блакитна від океанів Земля, життя і безкоштовно порнографія по мережах передачі даних. Зручний нам порядок життя буде існувати довго, але лише за людськими мірками.

Через 2,4 мільярда років від теперішнього моменту Чумацький шлях і Галактика Андромеди зіткнуться. З Землі це спостерігати буде нікому. Життя на нашій планеті вимре через приблизно мільярд років — Сонце буде давати занадто багато тепла, і океани просто випаруються. Сама зірка проіснує довго.

Життєвий цикл Сонця

Через мільярди років Сонце вже буде червоним гігантом, давно израсходовавшим свої запаси водневого палива. Воно розшириться приблизно в 250 разів. Деякі дослідження показують, що до схлапивания в білий карлик Сонце все ж захопить Землю, оскільки орбіта планети опуститься нижче. Втім, це неважливо — через 7,6 мільярдів років, коли це станеться, на нашій планеті вже не буде нічого живого. Сонце світитиме ще мільярди років, але куди тьмяніше. Зрештою воно перетвориться в чорного карлика. Ще через мільярди років гравітація інших зірок відбере залишилися планети. Сонячна система припинить існування.

В найближчі сотні мільйонів років про загибель Землі турбуватися не потрібно — в цей період Сонячна система стійка. Вигоряння палива найближчої зірки через мільярди років неможливо назвати навіть проблемами. У сучасного людства є справжні завдання, які загрожують значним погіршенням якості життя. Їх багато: від перестає працювати антибіотиків з-за появи супербактерій до глобальної зміни клімату з-за викиду парникових газів. Нарешті, є банальна небезпека розв’язати термоядерну війну або знищити самих себе яким-небудь чином.

Можливо, наші нащадки зрушать орбіту Землі або зовсім переселяться з неї. Можливо, Земля переживе цей процес без зайвої допомоги. Але які проблеми будуть стояти перед постчеловечеством, яке залишить «колиска цивілізації»? Що очікує інші, позаземні форми життя? Питання кінцевої долі Всесвіту стоїть на кордоні сучасної космологічної науки.

Стиснення

Всесвіт розширюється, галактики розбігаються один від одного. Бути може, швидкість розширення сповільниться, дійде до нуля, а потім піде в зворотному напрямку. Всесвіт може почати стискатися, поступово схлопиваясь в чорні діри. І ці чорні діри зіллються в одну. Ця гіпотеза носить назву «Велике стиснення».

У законі Хаббла стан розширення Всесвіту визначається її щільністю. Якщо щільність нижче критичної, то Всесвіт продовжить збільшуватися в розмірах і остигати. Якщо щільність Всесвіту вище, то гравітаційна сила поступово зупинить розбігання і направить його назад. Всесвіт буде стискатися.

Колапс буде відрізнятися від початкового розширення. Величезні скупчення галактик зблизяться, потім почнуть зливатися цілі галактики. У якийсь момент зірки підійдуть один до одного настільки близько, що дійде до частих зіткнень. Зірки не зможуть розсіювати вироблене тепло і почнуть вибухати, залишаючи гарячий неоднорідний газ. З-за зростаючої температури його атоми розпадуться на елементарні частинки, які будуть поглинені срастающимися чорними дірами. Гіпотеза не вказує, яким буде фінал.

Існує ще одна гіпотеза-продовження — Великий стрибок. Формулювання свідчить, що Всесвіт зазнає цикли Великих вибухів і Великих стиснень. Можливо, і ця Всесвіт виник в результаті розпаду попередньої. Це означає, що ми живемо в одну з точок нескінченного циклу стиснень і вибухів. Втім, їх нумерація не має сенсу через проходження точки сингулярності. Деякі теорії стверджують, що результатом Великого стиснення стане той же стан, з якого все почалося. Відбудеться ще один Великий Вибух. Цикл буде тривати нескінченно.

Але останні експериментальні спостереження далеких наднових як об’єктів стандартної світності і складання карти реліктового випромінювання показують, що розширення не сповільнюється, а лише прискорюється.

Розширення

Великий розрив припускає, що колись у майбутньому вся матерія Всесвіту, зірки і галактики, субатомні частинки, сам простір і час будуть розірвані швидкістю розширення. Сценарій цієї смерті свідчить, що за 60 мільйонів років до фіналу розпадеться Чумацький шлях, за три місяці засмутиться робота Сонячної системи. За півгодини до Великого розриву зруйнується Земля (або схожа планета), за одну наносекунду почнуть руйнуватися атоми. Згідно гіпотезі, все це відбудеться лише через 22 мільярди років, вже після згасання Сонця в білий карлик.

Однак найбільш популярною теорією залишається постійне розширення і наступна з цього Теплова смерть.

За мільярди років зірки вигорять. З їх останків народяться білі карлики, нейтронні зірки і чорні діри. Через 150 мільярдів років від поточного моменту при тому ж прискоренні розбігання галактик всі галактики за межами Місцевої групи вийдуть за космологічний горизонт. Події в Місцевій групі ніяк не зможуть впливати на події у віддалених галактиках, і навпаки. При спостереженні віддаленої галактики час буде сповільнюватися, а потім просто зупиниться. Іншими словами, через 150 мільярдів років спостерігач в Місцевій групі ніколи не побачить подій у віддалених галактиках. Більше не можливі ні польоти до них, ні які-небудь форми зв’язку.

Через 800 мільярдів років світність Місцевої групи помітно знизиться. Старіючі зірки будуть видавати все менше світла, червоні карлики будуть вимирати в білі. Через 2 трильйони років від поточного моменту з-за червоного зсуву віддалені галактики буде неможливо як-небудь виявити: навіть довжина хвиль їх гамма-променів буде вище, ніж розмір спостережуваного всесвіту.

Через 100 трильйонів років закінчиться формування зірок, у космосі будуть тьмяно світити їх залишки. Після того, як згасне остання зірка, космос зрідка осяватимуть спалаху злиття двох білих карликів. Через 10-15 років планети або впадуть на залишки своїх колишніх зірок, або підуть до інших тіл. Схожим чином через 1019-1020 років об’єкти покинуть галактики. Невелика частина об’єктів впаде в надмасивну чорну діру.

Подальший розвиток залежить від того, стабільний протон чи ні. Деякі експерименти стверджують, що мінімальний період напіврозпаду протона складає 1034 років. Якщо це дійсно так, через 1040 років у Всесвіті залишаться майже лише лептони і фотони. Зникнуть залишки зірок, залишаться лише чорні діри. Можливо, процес загибелі нуклонів займе більше часу.

Через 10100 років від поточного моменту чорні діри випаруються випромінювання Хокінга. Нарешті, Всесвіт буде майже повністю порожня. В ній будуть літати фотони, нейтрино, електрони і позитрони, зрідка зустрічаючись.

Якщо протони стабільні, то через 101500 холодним злиттям і квантовим туннелированием легкі ядра перетворяться в атоми заліза 56Fe. Елементи важче цього ізотопу розпадуться з випроміненням альфа-частинок. Через 101026 років квантове тунелювання перетворить великі об’єкти в чорні діри. Можливо, залізні зірки перетворяться в нейтронні через 101076 років від справжнього моменту.

Є ймовірність, через 10101056 років квантові флуктуації породять новий Великий вибух. Хоча в цьому вакуумі може зародитися навіть розумна істота: приблизна оцінка часу зародження Больцманівського мозку — раз в 101050 років.

Є і інші, більш екзотичні гіпотези. Приміром, в 2010 році вчені передбачили, що через п’ять мільярдів років час закінчиться. Це подія важко буде побачити або якось передбачити, його обіцяють раптовим. Простір може скінчитися через схлапивания помилкового вакууму в справжній, більш енергетично низький стан, що, можливо, спричинить повне руйнування об’єктів Всесвіту.

Всі ці гіпотези розроблені для поточних реалій простого рівняння стану темної енергії. Як і випливає з назви, про темної енергії відомо мало. Якщо вірна інфляційна модель Всесвіту, в перші моменти після Великого вибуху існували інші форми темної енергії. Можливо, рівняння стану зміниться. Зміняться висновки, які можна зробити з нього. Важко передбачити, що ми дізнаємося про темної енергії, якщо вона отримала розвиток лише наприкінці минулого століття.

Але у всіх випадках загибель Всесвіту — дуже далеке за мірками людства явище. Якщо розглядати її з масштабу тривалості життя однієї людини, це занадто глобальна подія, щоб про нього турбуватися.

Всесвіт колись загине, ви смертні. Що ви будете робити з цим знанням?

Оцініть статтю

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Please enter your comment!
Please enter your name here