Semmi sem örök. És természetesen univerzumunk is meghal. A pletykák szerint örök terjeszkedés lesz, és végül az entrópia okozta halál. A világegyetem tágul, az entrópia növekszik, és tovább fog növekedni, amíg meg nem hal minden, amit kedvesnek tartunk. De ez érzelem, és humán tudósok vagyunk, ezért kíváncsiak vagyunk, hogy fog kinézni az univerzum vége? Mi fog kísérni? Nem, nos, kíváncsi.
Az éjszakai égbolton nem marad csillag
150 milliárd év múlva az éjszakai égbolt a Földön egészen másképp fog kinézni. Amint az univerzum hőhalálára törekszik, az űr gyorsabban tágul, mint a fénysebesség. Tudjuk, hogy a fénysebesség a merev sebességkorlátozó az univerzum összes objektumára. De ez csak az űrben lévő tárgyakra vonatkozik, nem pedig maga a téridő szövetére. Menet közben nehéz kitalálni, de a téridő szövete már gyorsabban tágul, mint a fénysebesség. És a jövőben ez furcsa következményekkel jár.
Mivel maga az űr gyorsabban tágul, mint a fény, van egy kozmológiai horizont. Bármely tárgy, amely túlmutat ezen a láthatáron, megköveteli, hogy képesek legyünk megfigyelni és rögzíteni a róla szóló adatokat a fénynél gyorsabban haladó részecskék felhasználásával. De ilyen részecskék nincsenek. Amint a tárgyak elhagyják a kozmológiai horizontot, hozzáférhetetlenné válnak számunkra. Minden távoli galaxisokkal való kapcsolatfelvétel vagy kölcsönhatás ezen a horizonton túl olyan technológiát igényel tőlünk, amely gyorsabban mozoghat, mint maga a tér tágulása. Eddig csak néhány tárgy van kozmológiai horizontunkon kívül. De ahogy a sötét energia felgyorsítja a terjeszkedést, minden végül a szemünk elől kerül.
Mit jelent ez a Föld számára? Képzelje el, hogy 150 milliárd év múlva bámul az éjszakai égboltra. Az egyetlen dolog, ami látható lesz, néhány csillag, amelyek a kozmológiai horizonton belül maradnak. A végén ők is elmennek. Az éjszakai ég teljesen tiszta lesz, mint a tabula rasa. A jövő csillagászai nem lesznek képesek bizonyítani, hogy a világegyetemben más tárgy is létezik. Az összes csillag és galaxis, amelyet most látunk, eltűnik. Számunkra csak a Naprendszer marad meg az egész Univerzumban. Igaz, a Föld nem valószínű, hogy ennek megfelel, de erről alább.
Promóciós videó:
A Nap halála utáni élet nem fog eltűnni
Mindenki tudja, hogy a csillagok nem tartanak örökké. Élettartamuk kialakulásukkal kezdődik, folytatódik a fő szekvenciafázisban (amely a csillag életének legnagyobb részét kiteszi), és a csillag halálával végződik. A legtöbb esetben a csillagok a normális méretük néhány százszorosára duzzadnak, befejezve a fő szekvencia fázist, és ezzel elnyelik a hozzájuk közel eső bolygókat.
Azonban azoknak a bolygóknak, amelyek nagy távolságban keringenek a csillag körül (a rendszer "fagyási vonalán kívül"), ezek az új körülmények valóban elég melegek lehetnek ahhoz, hogy támogassák az életet. A Cornell Egyetem Carl Sagan Intézetének nemrégiben készült tanulmánya szerint ez a helyzet egyes csillagrendszerekben akár évmilliárdokig is tarthat, és a földön kívüli élet teljesen új formáinak megjelenéséhez vezethet.
Körülbelül 5,4 milliárd év múlva a Napunk kilép a fő szakasz szakaszából. Miután kimerült a hidrogén üzemanyag a magban, az inert hélium hamva, amely összegyűlik, instabillá válik és összeomlik saját súlya hatására. Ez oda vezet, hogy a mag felmelegszik és sűrűbbé válik, ami viszont a Nap méretének növekedéséhez vezet - a csillag a "vörös óriások ágának" fázisába lép.
Ez az időszak akkor kezdődik, amikor Napunk alárendeltté válik, és körülbelül másfél milliárd év alatt lassan megduplázódik. Gyorsabb ütemben bővül az elkövetkező félmilliárd évben, mígnem 200-szorosa a jelenlegi méretének és több ezerszer világosabb. Akkor hivatalosan vörös óriássá válik, és átmérője megközelítőleg 2 AU lesz. e. - A nap túlmegy a Mars jelenlegi pályáján.
Nyilvánvaló, hogy a Föld nem éli túl a vörös óriás megjelenését a Naprendszerben, mint például a Merkúr, a Vénusz vagy a Mars. De a fagyási vonalon túl, ahol elég hideg van ahhoz, hogy az illékony vegyületek - víz, ammónia, metán, szén-dioxid és szén-monoxid - fagyosak maradjanak, gázóriások, jégóriások és törpebolygók maradnak. És megkezdődik a teljes olvadás.
Röviden, ha egy csillag kitágul, akkor a "lakható zónája" is ugyanezt teszi, átfogva a Jupiter és a Szaturnusz pályáját. Amikor ez megtörténik, egy korábban lakatlan hely - például a Jupiter és a Szaturnusz holdja - hirtelen lakóhellyé válhat. Ugyanez vonatkozik az Univerzum sok más csillagára, amelyek felnövekedésük és haláluk során vörös óriásokká válnak.
Amikor Napunk eléri az óriáság vörös szakaszát, csak 120 millió éve lesz aktív élete. Ez az idő nem elegendő ahhoz, hogy új életformák jelenjenek meg és alakuljanak ki, amelyek valóban összetetté válhatnak (mint az emberek és más emlősfajok). De a The Astrophysical Journal című közelmúltban megjelent tanulmány szerint egyes bolygók univerzumunk más vörös óriásai közelében sokkal hosszabb ideig laknak - egyes esetekben akár kilenc milliárd évig is.
Ahhoz, hogy megértse, kilenc milliárd év kétszerese a Föld jelenlegi korának. Feltételezve, hogy a számunkra érdekes világok megfelelő összetételűek lesznek, elegendő idejük lesz arra, hogy új, összetett életformákat hozzanak létre. A tanulmány vezető szerzője, Lisa Kaltenneger professzor a Carl Sagan Intézet igazgatója is. Közvetlenül tudja, hogyan lehet életet keresni az Univerzumban:
„Ahogy egy csillag öregszik és fényesebbé válik, a lakható zóna kifelé mozog, és lényegében a bolygórendszer második életét látja. Jelenleg a külső régiókban lévő tárgyak vannak befagyva naprendszerünkben, mint például az Europa és az Enceladus, a Jupiter és a Szaturnusz holdja. Miután sárga Napunk eléggé kibővült ahhoz, hogy vörös óriássá váljon, és a Földet egy megperzselt sivataggá változtassa, Naprendszerünkben - és más rendszerekben is - továbbra is lesznek olyan régiók, ahol az élet virágozhat."
Amint egy csillag kitágul, tömegét veszti, és a napszél formájában kifelé tolja. A csillag közelében keringő vagy alacsony felületi gravitációjú bolygók elveszíthetik légkörüket. Másrészt a megfelelő tömegű (vagy biztonságos távolságban elhelyezkedő) bolygók megőrizhetik ezt a légkört. Naprendszerünk kontextusában ez azt jelenti, hogy néhány milliárd év múlva az olyan világok, mint az Europa és az Enceladus (amelyeknek már lehet, hogy jéghéjak alatt lapul az élet) az élet paradicsommá válhatnak.
Napunk fekete törpévé válik
Jelenleg univerzumunk sokféle csillaggal rendelkezik. A vörös törpék - hűvös csillagok, amelyek vörös fényt bocsátanak ki - a leggyakoribbak. Az univerzumban sok fehér törpe is van. Ezek a halott csillagok csillagmaradványai, amelyek degenerált anyagból állnak, és amelyeket kvantumhatások tartanak össze. Jelenleg a csillagászok úgy vélik, hogy a fehér törpék élete szinte végtelen. De egy bizonyos idő után még ők is meghalnak, és egzotikus csillagokká válnak: fekete törpék.
Ilyen sors vár a Napunkra is. A távoli jövőben Napunk kidobja külső rétegeit, és fehér törpecsillaggá válik, amely évmilliárdokig megmarad. De egyszer még a fehér törpék is hűlni kezdenek. 10 (100) év múlva lehűlnek a mikrohullámú háttérsugárzás hőmérsékletével megegyező hőmérsékletre, néhány fokkal az abszolút nulla fölé.
Amikor ez megtörténik, csillagunk fekete törpévé válik. Mivel ez a fajta csillag annyira hideg, az emberi szem számára láthatatlan lesz. Bárki, aki megpróbálja megtalálni a Napot, amely életet adott nekünk, lehetetlen optikai rendszerek segítségével megtenni. Gravitációs hatásokkal kell majd keresnie. A legtöbb csillag, amelyet az éjszakai égbolton látunk, fekete törpévé válik (egy másik oka annak, hogy az éjszakai ég tiszta lesz). De meleg Napunk számára ez különösen sértő.
Furcsa csillagok
Mire napunk fekete törpévé válik, a csillag evolúciója már befejeződött. Új csillagok nem születnek. Ehelyett az univerzumot elárasztják a csillagok hideg maradványai. Ez pedig lehetővé teszi az Univerzum számára, hogy furcsa csillagokat hozzon létre, amelyek jelentősen eltérnek attól, amit ismerünk.
Ezek egyike egy fagyos vagy hideg csillag. Amikor az univerzum csillagai kiégetik nukleáris üzemanyagukat, növelik fémességüket. A csillagászatban a csillag elemei a héliumnál nehezebb elemek - gyakorlatilag az összes elem, a lítiumtól kezdve. A csillag fémességének növekedésével egyre hidegebbek lesznek, mivel a nehezebb elemek kevesebb energiát szabadítanak fel a fúzió során. Végül a csillagok olyan hidegek lesznek, hogy 0 fokos hőmérsékletűek lesznek, a víz fagyáspontja.
Ha tovább nézünk a jövőbe, lesz még egy idegen csillag. A jövőben körülbelül 10 (1500 erejéig) év múlva az entrópia megteszi a magáét, és az univerzum lényegében halott lesz. Ezekben a hideg időkben kvantumhatások fogják uralni az univerzumot.
A kvantumcsatornázás lehetővé teszi a könnyű elemek szintetizálását instabil vasformává. Ez viszont stabilabb izotóppá bomlik, ami gyenge energiamennyiséget bocsát ki. Ezek a vascsillagok lesznek az egyetlen lehetséges csillagalakzat ebben az időben. De csak olyan modellekben találhatók meg, amelyekben a csillagászok nem hisznek a protonromlásban, ezért nem ez az ötlet a legnépszerűbb.
Minden nukleon lebomlik
Térjünk vissza az ősrobbanás utáni 10 (15-ös) évre egy 10 (34-es) évre. Ha az emberi faj addig nem hal meg, akkor biztosan nem éljük túl ezt a korszakot. Mint fentebb említettük, a csillagászok folyamatosan azon vitatkoznak, hogy a proton az idők végére elbomlik-e. Mondjuk igen.
A nukleonok az atom, a protonok és a neutronok magjában lévő részecskék. A szabad neutronokról ismert, hogy 10 perc felezési idővel bomlanak le. De a protonok hihetetlenül stabilak. Senki sem látta kézből a proton bomlását. De az univerzum vége felé minden megváltozik.
A fizikusok feltételezik, hogy a proton felezési ideje 10 (37 erejéig) év. Nem láttuk ezt a bomlást, mert az univerzum még nem elég idős. A bomlási korszakban (10 (a 34. hatalomig) - 10 (a 40. hatalomig) év) a protonok végül positronokká és pionokká válnak. A bomlás korszakának végére az Univerzum összes protonja és neutronja elfogy.
Nyilvánvaló, hogy az Univerzumban az élet problémákat okoz. Ha azt feltételezzük, hogy az emberi faj túlélte a Nap változását, és az Univerzum barátságosabb részeire vándorolt, egy bizonyos ponton a fizika törvényei elkezdik diktálni az emberi faj halálát. Testünk és minden csillagközi tárgy nukleonból készül. Amikor szétesnek, minden élet véget ér, mivel maguk az atomok megszűnnek. Az élet nem lesz képes tovább létezni ilyen körülmények között (és ilyen formában), és az Univerzum a fekete lyukak korszakába süllyed.
Fekete lyukak árasztják el az univerzumot
Amikor a nukleonok eltűnnek, a fekete lyukak bekerülnek a törvénybe, és az Öregrobbanás utáni 10 (40 erejéig) és 10 (100 hatalomig) évig uralják az Univerzumot. Ettől a pillanattól kezdünk olyan hosszú időkről beszélni, hogy elménkkel teljesen lehetetlen megérteni őket. A világegyetem jelenlegi koránál jóval hosszabb idő után a fekete lyukak maradnak az egyetlen struktúra.
Amikor a nukleonok távoznak, a fő szubatomi részecskék leptonok lesznek - elektronok és positronok. Fekete lyukakat fognak táplálni. Az univerzum anyagmaradványainak elnyelésével maguk a fekete lyukak olyan részecskéket bocsátanak ki, amelyek fotonokkal és hipotetikus gravitonokkal töltik meg az Univerzumot. De a fekete lyukaknak meg kell halniuk, ahogy Stephen Hawking eldöntötte.
Hawking szerint a fekete lyukak sugárzásuk miatt elpárolognak. Sugárzáskor tömeg formájában veszítenek energia formájában. Ez a folyamat hosszú ideig tart, így gyakorlatilag semmit sem tudunk róla. Ahhoz, hogy egy fekete lyuk teljesen elpárologjon, 10 (60-as hatalomig) évnek kell eltelnie, tehát ez a folyamat még nem folytatódott a világegyetemünk egy évszázada alatt. De mint mondtuk, végül a fekete lyukak is meghalnak. Csak tömegtelen részecskék és néhány szétszórt lepton marad belőlük, amelyek lustán kölcsönhatásba lépnek és elveszítik energiájukat.
Megjelenik egy új típusú atom
Univerzumunkból csak néhány szubatomi részecske maradt, úgy tűnhet, nincs miről többet beszélni. De az élet még ebben a legrosszabb világban is megjelenhet.
Hosszú évek óta a részecskekutatók a pozitroniumról, a pozitron és az elektron közötti atomszerű kötésről beszéltek. Ennek a két részecskének ellentétes töltése van. (A pozitron az elektron antirészecskéje). Ezért elektromágnesesen vonzódni fognak. Amikor egy ilyen részecske pár kölcsönhatásba kezd, kezdetleges pályája és atomi viselkedése lehet.
Mivel a pozitronium ritka lesz, a pozitronium "kémia" ezen modellje nem nevezhető teljesnek. De furcsa dolgok jöhetnek ki ezekből a furcsa "atomokból". Először is, óriási pályákon létezhetnek, amelyek a csillagközi teret fedik le. Amíg a két részecske kölcsönhatásba lép, képesek lesznek fenntartani egy párat, a távolságtól függetlenül.
A fekete lyukak korában ezeknek az "atomoknak" átmérője nagyobb lesz, mint a jelenlegi megfigyelhető univerzumunk. A leptonokból álló pozitronium atomok túlélik a proton bomlását, és átjutnak a fekete lyukak korszakán. Ezenkívül a fekete lyukak pozitronium atomokat hoznak létre a sugárzás folyamatában. Bizonyos idő elteltével a pozitron-elektron párok is elbomlanak. De előtte az Univerzum teljesen leírhatatlan életet szülhet.
Minden lelassul, még a gondolat is
Amikor a fekete lyukak korszaka véget ér, és még ezek a csillagóriások is eltűnnek a sötétségben, világegyetemünkben csak néhány dolog marad, főleg diffúz szubatomi részecskék és a pozitronium megmaradt atomjai. Ezt követően az Univerzumban minden rendkívül lassan fog történni, bármely esemény akár eónokig is eltarthat. Egyes elméleti fizikusok, például Freeman Dyson szerint az élet ekkor újra megjelenhet az univerzumban.
Hosszú, hosszú idő után a pozitroniumból elkezdődhet a szerves evolúció fejlődése. A megjelenő lények nagyon különböznek attól, amit tudunk. Például hatalmasak lehetnek, a csillagközi távolságokat átfogva. Mivel az Univerzumban nincs más hátra, lesz hova fordulniuk. De mivel ezek az életformák hatalmasak lesznek, sokkal lassabban fognak gondolkodni, mint mi. Valójában billió évekbe telhet, amíg egy ilyen lény akár egyetlen gondolatot is létrehozhat.
Lehet, hogy furcsának tűnik számunkra, de mivel ezek a lények hatalmas időintervallumokban fognak létezni, egy ilyen gondolat azonnal számukra elérhető. Hihetetlenül sokáig léteznek, figyelve, ahogy az Univerzum elrepül mellettük. De a feledésbe merülnek.
A "makrofizika" vége
Ekkorra az Univerzum eléri majdnem az entrópia maximális állapotát, vagyis homogén energiamezővé és több szubatomi részecskévé válik. Ez a fekete lyukak korszaka után következik be, sokkal később 10 (100 erejéig) év után. Az űr annyira kitágul, és a sötét energia annyira erőteljes lesz, hogy még a fekete lyukak is megszűnnek, és az univerzum hatalmas tárgyakat veszít.
Nehéz elképzelni egy ilyen univerzumot. Gondoljon csak bele: a csillagok leállnak, mert az anyagot alkotó szubatomi részecskéket olyan távolságok választják el egymástól, amelyek semmilyen módon nem találkozhatnak, fénysebességgel haladva. Még pozitronium atomok sem jelenhetnek meg.
A fizika véget ér. Az egyetlen fizikai modell, amely továbbra is működik, a kvantummechanika lesz. A kvantumhatások még óriási csillagközi távolságokban is jelentkeznek, gigantikus időkeretben. Végül a világegyetem hőmérséklete abszolút nullára csökken: nem marad energia, amelyet munkává kell átalakítani. Egyes modellekben a tér tágulása növekszik, szétszakítva a téridőt. Az univerzum megszűnik.
Menekülni lehet mindebből?
Eddig a világegyetem végéig tartó utunkat csak sötét és nyomasztó események kísérték. De a fizikusok nem veszítik el optimizmusukat, és felvázolják az emberiség lehetséges módjait, hogy túlélje a végidőket és akár újraindítsa univerzumunkat.
Az univerzumunk maximális entrópiával való megúszásának legígéretesebb módja a fekete lyukak használata, amíg a fotonok bomlása lehetetlenné teszi az életet. A fekete lyukak továbbra is nagyon titokzatos tárgyak maradnak, de az elméleti szakemberek javasolják, hogy felhasználják őket új univerzumokba való belépéshez.
A modern elmélet azt sugallja, hogy a buborék univerzumok folyamatosan születnek saját univerzumunkban, új univerzumokat alkotva az anyaggal és az élet lehetőségével. Hawking úgy véli, hogy a fekete lyukak lehetnek az átjárók ezekhez az új univerzumokhoz. De van egy probléma. Miután átlépte a fekete lyuk határát, nincs többé visszaút. Ezért, ha az emberiség úgy dönt, hogy fekete lyukba megy, akkor ez egyirányú út lesz.
Először is meg kell találnia egy elég hatalmas fekete lyukat, hogy túlélje az utazást az esemény horizontján. A közhiedelemmel ellentétben a hatalmas fekete lyukak biztonságosabbak. A jövő űrutazói remélhetik, hogy az utazásnak nem lesz rossz vége, de nem tudják majd kapcsolatba lépni barátaikkal a fekete lyuk ezen oldalán és tájékoztatni őket az eredményről. Minden menet egy ugrás lesz a hitben.
De van egy mód arra, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy egy új univerzum vár ránk a túloldalon. Alan Guth szerint az újszülött Világegyetemnek csak 10 (89 erejéig) protonra, 10 (89 erejére) elektronra, 10 (89 erejére) pozitronra, 10 (89 erejére) neutrínóra, 10 (89 erejére) antineutrinra, 10 (79 erejéig) protonok és 10 (79 erejéig) neutronok az induláshoz. Lehet, hogy soknak tűnik, de összességében nem több, mint egy tégla.
A jövő emberei hamis vákuumot teremthetnek - a tér területe potenciálisan tágulhat - szupererős gravitációs mező felhasználásával. A távoli jövőben az emberek megszerezhetik azt a technológiát, amely hamis vákuumot hoz létre, és elindíthatja saját univerzumát. Mivel a világegyetem kezdeti felfúvódása a másodperc töredékéig tart, az új világegyetem azonnal kitágul, és új otthonná válik az emberek számára. Gyors ugrás a féreglyukon, és megmenekülünk.
A véletlenszerű kvantumalagút újraindíthatja az univerzumot
Mi lesz az univerzummal, amelyet hátrahagytunk? Egy idő után végre eléri maximális entrópiáját és teljesen lakhatatlanná válik. De még ebben a holt univerzumban is lesz esélye az életnek. A kvantummechanika kutatói tisztában vannak a kvantumalagút hatásával. Ekkor egy szubatomi részecske olyan energiaállapotba kerülhet, amely klasszikusan lehetetlen.
A klasszikus mechanikában például a labda nem képes spontán felvenni és felgurítani egy dombot. Ez egy tiltott energiaállapot. Az elemi részecskéknek a klasszikus mechanika szempontjából is vannak tiltott energiaállapotaik, de a kvantummechanika mindent felforgat. Néhány részecske "alagutazhat" ezekbe az energiaállapotokba.
Ez a folyamat már a csillagokban zajlik. De ha a világegyetem végére alkalmazzák, furcsa lehetőség merül fel. A klasszikus statisztikai mechanika részecskéi nem léphetnek magasabb entrópiaállapotból alacsonyabbba. De kvantumcsatornázással tudnak és akarnak is. Sean Carroll és Jennifer Chen fizikusok azt az ötletet javasolták, hogy egy bizonyos idő elteltével a kvantumalagút spontán módon csökkentheti az entrópiát egy holt univerzumban, új Nagy Bummhoz vezethet és újraindíthatja az univerzumot. De ne tartsd vissza a lélegzeted. Az entrópia spontán csökkenésének bekövetkeztéhez 10 (10 erejéig) ^ (10 erejéig) ^ (56 erejéig) évet kell várni.
Van egy másik elmélet, amely reményt ad nekünk egy új univerzumra - ezúttal a matematikusoktól. 1890-ben Henri Poincaré közzétette ismétlődési tételét, amely szerint hihetetlenül hosszú idő után minden rendszer visszatér az eredeti állapotához nagyon közeli állapotba. Ez vonatkozik a termodinamikára is, amelyben a nagy entrópiájú univerzum véletlenszerű hőingadozásai visszavezethetik eredeti állapotába, amely után minden újrakezdődik. Az idő múlni fog, és az univerzum újra kialakulhat, és a benne élő lényeknek fogalma sincs arról, hogy univerzumunkban élnek.
KHEL ILYA