Нищо не е вечно. И нашата Вселена, разбира се, също ще умре. Говори се, че това ще бъде вечно разширяване и в крайна сметка смърт от ентропия. Вселената се разширява и ентропията расте и ще продължи да расте, докато всичко, на което ни е скъпо, умре. Но това е чувство и ние сме човешки учени, така че се чудим как ще изглежда краят на Вселената? С какво ще бъде придружено? Не, добре, любопитно.
На нощното небе няма да останат звезди
След 150 милиарда години нощното небе на Земята ще изглежда съвсем различно. Докато Вселената се стреми към своята термична смърт, пространството се разширява по-бързо от скоростта на светлината. Знаем, че скоростта на светлината е твърдият ограничител на скоростта за всички обекти във Вселената. Но това се отнася само за обектите, които са в космоса, а не за самата тъкан на пространството-времето. Трудно е да се разбере в движение, но тъканта на пространство-времето вече се разширява по-бързо от скоростта на светлината. И в бъдеще това ще доведе до странни последици.
Тъй като самото пространство се разширява по-бързо от светлината, съществува космологичен хоризонт. Всеки обект, който излиза извън този хоризонт, ще изисква от нас да можем да наблюдаваме и записваме данни за него, използвайки частици, пътуващи по-бързо от светлината. Но няма такива частици. Веднага след като обектите напуснат космологичния хоризонт, те стават недостъпни за нас. Всеки опит за контакт или взаимодействие с далечни галактики отвъд този хоризонт ще изисква от нас технология, която може да се движи по-бързо от самото разширяване на космоса. Засега само няколко обекта са извън нашия космологичен хоризонт. Но тъй като тъмната енергия ускорява разширяването, в крайна сметка всичко ще бъде недостъпно за очите ни.
Какво означава това за Земята? Представете си, че гледате към нощното небе след 150 милиарда години. Единственото нещо, което ще се види, са няколко звезди, които остават в космологичния хоризонт. В крайна сметка и те ще си тръгнат. Нощното небе ще бъде напълно ясно, подобно на tabula rasa. Астрономите на бъдещето няма да могат да докажат, че във Вселената има друг обект. Всички звезди и галактики, които виждаме сега, ще изчезнат. За нас само Слънчевата система ще остане в цялата Вселена. Вярно е, че Земята едва ли ще се справи с това, но повече за това по-долу.
Промоционално видео:
Животът след смъртта на Слънцето няма да изчезне
Всички знаят, че звездите не траят вечно. Продължителността им на живот започва с формирането им, продължава през цялата фаза на основната последователност (която представлява по-голямата част от живота на звездата) и завършва със смъртта на звездата. В повечето случаи звездите набъбват до няколкостотин пъти над нормалния си размер, завършвайки фазата на основната последователност и с това поглъщат всички планети, които се доближават до тях.
За планетите, които обикалят около звездата на голямо разстояние (извън „линията на замръзване“на системата), тези нови условия всъщност могат да станат достатъчно топли, за да поддържат живота. Според скорошно проучване на Института Карл Сейгън от университета Корнел, тази ситуация в някои звездни системи може да продължи милиарди години и да доведе до появата на напълно нови форми на извънземен живот.
След около 5,4 милиарда години нашето Слънце ще излезе от фазата на основната последователност. След изчерпване на водородното гориво в сърцевината, пепелта от инертен хелий, която ще се събира там, ще стане нестабилна и ще се срути под въздействието на собственото си тегло. Това ще доведе до факта, че ядрото се загрява и става по-плътно, което от своя страна ще доведе до увеличаване на размера на Слънцето - звездата ще влезе във фазата на „клона на червените гиганти“.
Този период ще започне, когато нашето Слънце стане подгигант и бавно ще удвои размера си за около един и половина милиарда години. Той ще се разширява с по-бързи темпове през следващите половин милиард години, докато стане 200 пъти по-голям от сегашния си размер и няколко хиляди пъти по-ярък. Тогава той официално ще се превърне в червен гигант и диаметърът му ще бъде приблизително 2 AU. д. - Слънцето ще излезе извън сегашната орбита на Марс.
Очевидно Земята няма да оцелее при появата на червен гигант в Слънчевата система, като Меркурий, Венера или Марс. Но отвъд линията на замръзване, където е достатъчно студено, летливите съединения - вода, амоняк, метан, въглероден диоксид и въглероден окис - да останат замразени, ще останат газови гиганти, ледени гиганти и планети джуджета. И ще започне пълно размразяване.
Накратко, когато една звезда се разшири, нейната "обитаема зона" ще направи същото, обхващайки орбитите на Юпитер и Сатурн. Когато това се случи, някога необитаемо място - като луните на Юпитер и Сатурн - може изведнъж да стане жилищно. Същото важи и за много други звезди във Вселената, които са обречени да станат червени гиганти, докато растат и умират.
Когато нашето Слънце достигне червената фаза на гигантския клон, то ще има само 120 милиона години активен живот. Това време не е достатъчно, за да се появят и развият нови форми на живот, способни да станат наистина сложни (като хората и други видове бозайници). Но според проучване, публикувано наскоро в The Astrophysical Journal, някои планети в близост до други червени гиганти в нашата Вселена могат да останат обитавани много по-дълго - до девет милиарда години или повече в някои случаи.
За да разберете, девет милиарда години са два пъти повече от сегашната възраст на Земята. Ако приемем, че интересуващите ни светове ще имат правилния състав на елементите, те ще имат достатъчно време, за да дадат началото на нови сложни форми на живот. Водещият автор на изследването, професор Лиза Калтенегер, е и директор на Института Карл Сейгън. Тя знае от първа ръка как да търси живота във Вселената:
„С увеличаването на възрастта на звездата и яркостта, обитаемата зона се движи навън и по същество виждате втори живот за планетарната система. В момента обектите във външните региони са замръзнали в нашата слънчева система, като Европа и Енцелад, луните на Юпитер и Сатурн. След като нашето жълто Слънце се разшири достатъчно, за да се превърне в червен гигант и да превърне Земята в изгорена пустиня, все още ще има региони в нашата слънчева система - както и в други системи - където животът може да процъфти.
Когато една звезда се разширява, тя губи маса и я изтласква навън под формата на слънчевия вятър. Планетите, които обикалят в близост до звезда или имат ниска повърхностна гравитация, могат да загубят атмосферата си. От друга страна, планетите с достатъчна маса (или разположени на безопасно разстояние) могат да запазят тази атмосфера. В контекста на нашата слънчева система това означава, че след няколко милиарда години светове като Европа и Енцелад (които може би вече имат живот, дебнещ под ледени черупки) могат да се превърнат в рай за живота.
Нашето Слънце ще се превърне в черно джудже
В момента нашата Вселена има много различни видове звезди. Червените джуджета - хладни звезди, които излъчват червена светлина - са сред най-често срещаните. Във Вселената има и много бели джуджета. Това са звездните останки на мъртви звезди, изградени от дегенеративна материя, събрана заедно от квантовите ефекти. В момента астрономите вярват, че белите джуджета имат почти безкраен живот. Но след определено време дори те ще умрат и ще станат екзотични звезди: черни джуджета.
Такава съдба очаква и нашето Слънце. В далечното бъдеще нашето Слънце ще изхвърли външните си слоеве и ще се превърне в бяла джудже звезда, която ще остане милиарди години. Но един ден дори белите джуджета ще започнат да се охлаждат. След 10 (до 100) години те ще се охладят до температура, равна на температурата на фоновото излъчване на микровълновата печка, няколко градуса над абсолютната нула.
Когато това се случи, нашата звезда ще се превърне в черно джудже. Тъй като този тип звезда е толкова студена, тя ще бъде невидима за човешкото око. За всеки, който се опитва да намери Слънцето, което ни е дало живот, ще бъде невъзможно да го направи с помощта на оптични системи. Той ще трябва да го търси чрез гравитационни ефекти. Повечето от звездите, които виждаме на нощното небе, ще станат черни джуджета (друга причина, поради която нощното небе ще стане ясно). Но за нашето топло Слънце е особено обидно.
Странни звезди
По времето, когато нашето Слънце се превърне в черно джудже, звездната еволюция вече е завършена. Нови звезди няма да се раждат. Вместо това Вселената ще бъде залята със студени останки от звезди. И това ще позволи на Вселената да започне да създава странни звезди, които са значително различни от това, което познаваме.
Една от тях е мразовита или студена звезда. Когато звездите във Вселената изгарят ядреното си гориво, те увеличават своята металичност. В астрономията това е мярка за елементите в звездата, които са по-тежки от хелия - практически всички елементи, започвайки с литий. С нарастването на металичността на звездата те стават по-студени, тъй като по-тежките елементи отделят по-малко енергия по време на синтеза. И накрая, звездите ще станат толкова студени, че ще имат температура от 0 градуса, точката на замръзване на водата.
Ако погледнете още по-далеч в бъдещето, ще има още по-странна звезда. След около 10 (до 1500) години в бъдеще ентропията ще вземе своето и вселената ще бъде по същество мъртва. В тези студени времена квантовите ефекти ще управляват Вселената.
Квантовото тунелиране ще позволи на леките елементи да се синтезират в нестабилна форма на желязо. Той от своя страна ще се разпадне в по-стабилен изотоп, излъчвайки малко количество енергия. Тези железни звезди ще бъдат единствената възможна форма на звезда по това време. Но те се срещат само в модели, при които астрономите не вярват в протонния разпад, така че тази идея не е най-популярната.
Всички нуклони ще се разпаднат
Нека се върнем от точка от 10 (до степен 15) години след Големия взрив до точка 10 (до степен 34) години. Ако по това време човешката раса не е мъртва, със сигурност няма да оцелеем в тази ера. Както бе споменато по-горе, астрономите постоянно спорят дали протонът ще се разпадне до края на времето. Да кажем да.
Нуклеоните са частици в ядрото на атом, протони и неутрони. Известно е, че свободните неутрони се разпадат с полуживот 10 минути. Но протоните са невероятно стабилни. Никой не е видял от първа ръка разпадането на протон. Но към края на Вселената всичко ще се промени.
Физиците приемат, че полуживотът на протон е 10 (до степен 37) години. Не сме виждали това разложение, защото Вселената все още не е достатъчно стара. В епохата на разпад (10 (до 34-та степен) - 10 (до 40-та степен) години), протоните най-накрая ще започнат да се разпадат на позитрони и пиони. До края на епохата на разпада всички протони и неутрони във Вселената ще свършат.
Очевидно животът във Вселената ще започне да има проблеми. Ако приемем, че човешката раса е оцеляла от промяната на Слънцето и е мигрирала към по-приятелски части на Вселената, в определен момент законите на физиката ще започнат да диктуват смъртта на човешката раса. Телата ни и всички междузвездни обекти са изградени от нуклони. Когато се разпаднат, всеки живот ще свърши, тъй като самите атоми ще престанат да съществуват. Животът няма да може да продължи да съществува в такива условия (и в такава форма) и Вселената ще се потопи в ерата на черните дупки.
Черните дупки ще залеят Вселената
Когато нуклоните изчезнат, черните дупки ще влязат в закон и ще управляват Вселената от 10 (до степен 40) години след Големия взрив до 10 (до степен 100) години. От този момент започваме да говорим за толкова дълги времена, че е абсолютно невъзможно да ги разберем с ума си. След време, много по-дълго от сегашната епоха на Вселената, черните дупки ще останат единствените структури.
Когато нуклоните си тръгнат, основните субатомни частици ще бъдат лептони - електрони и позитрони. Те ще подклаждат черни дупки. Поглъщайки остатъците от материя във Вселената, самите черни дупки ще излъчват частици, които ще запълнят Вселената с фотони и хипотетични гравитони. Но черните дупки са предназначени да умрат, както реши Стивън Хокинг.
Според Хокинг черните дупки се изпаряват поради тяхното излъчване. Когато излъчват, те губят маса под формата на енергия. Този процес отнема много време, така че на практика не знаем нищо за него. Необходими са 10 (до степен 60) години, за да се изпари напълно черната дупка, така че този процес все още не е приключил до края на един век от нашата Вселена. Но, както казахме, в крайна сметка черните дупки също ще умрат. От тях ще останат само безмасови частици и няколко разпръснати лептона, които мързеливо ще си взаимодействат и ще загубят енергията си.
Ще се появи атом от нов тип
Само с няколко субатомни частици, останали от нашата Вселена, може да изглежда, че няма какво повече да се говори. Но животът може да се появи дори в този най-лош свят.
Години наред изследователите на частици говорят за позитроний, атомоподобна връзка между позитрон и електрон. Тези две частици имат противоположни заряди. (Позитронът е античастицата на електрона). Следователно те ще бъдат електромагнитно привлечени. Когато двойка такива частици започне да си взаимодейства, те могат да имат елементарни орбити и атомно поведение.
Тъй като позитронийът ще бъде рядък, този модел на химията на позитрония не може да се нарече завършен. Но от тези странни „атоми“могат да излязат много любопитни неща. Първо, те могат да съществуват в гигантски орбити, които покриват междузвездното пространство. Докато две частици си взаимодействат, те ще могат да поддържат двойка, независимо от разстоянието.
По време на ерата на черните дупки някои от тези "атоми" ще имат диаметри, обхващащи разстояния, по-големи от сегашната ни наблюдаема Вселена. Позитрониевите атоми, съставени от лептони, ще оцелеят при разпадането на протон и ще преминат през ерата на черните дупки. Освен това черните дупки ще създадат позитрониеви атоми в процеса на радиация. След определено време двойките позитрон-електрон също ще се разпаднат. Но преди това Вселената може да роди напълно неописуем живот.
Всичко ще се забави, дори самата мисъл
Когато ерата на черните дупки приключи и дори тези звездни гиганти изчезнат в тъмнината, във нашата Вселена ще останат само няколко неща, главно дифузни субатомни частици и останалите атоми на позитроний. След това всичко във Вселената ще се случи изключително бавно, всяко събитие може да продължи векове. Според някои теоретични физици, като Фрийман Дайсън, животът може да се появи отново във Вселената по това време.
След дълго, дълго време органичната еволюция може да започне да се развива от позитроний. Съществата, които ще се появят, ще бъдат много различни от всичко, което познаваме. Например, те могат да бъдат огромни, обхващащи междузвездни разстояния. Тъй като във Вселената не остава нищо друго, те ще имат къде да се обърнат. Но тъй като тези форми на живот ще бъдат огромни, те ще мислят много по-бавно от нас. Всъщност може да отнеме трилиони години, докато такова създание създаде дори една мисъл.
Може да ни се стори странно, но тъй като тези същества ще съществуват на огромни интервали от време, такава мисъл ще бъде мигновена за тях. Те ще съществуват невероятно дълго време, наблюдавайки как Вселената прелита покрай тях. Но те ще потънат в забрава.
Краят на "макрофизиката"
По това време Вселената ще достигне почти максималното състояние на ентропия, тоест ще се превърне в хомогенно поле на енергия и няколко субатомни частици. Това ще бъде след ерата на черните дупки, много по-късно след 10 (до степен 100) години. Космосът ще се разшири толкова много, а тъмната енергия ще стане толкова мощна, че дори черните дупки ще престанат да съществуват и Вселената ще загуби масивни обекти.
Трудно е да си представим такава вселена. Помислете за това: звездите ще спрат да се образуват, тъй като субатомните частици, които съставляват материята, ще бъдат разделени на такова разстояние, че те не могат да се срещнат по никакъв начин, пътувайки със скоростта на светлината. Дори позитрониевите атоми не могат да се появят.
Физиката ще свърши. Единственият физически модел, който ще продължи да работи, ще бъде квантовата механика. Квантовите ефекти ще се появят дори на огромни междузвездни разстояния, в гигантски времеви интервал. В крайна сметка температурата на Вселената ще падне до абсолютна нула: няма да остане енергия, която да се превърне в работа. При някои модели разширяването на пространството ще нараства, разкъсвайки пространството-време. Вселената ще престане да съществува.
Възможно ли е да се избяга от всичко това?
Досега нашето пътуване до края на Вселената беше придружено само от тъмни и депресиращи събития. Но физиците не губят оптимизма си и очертават възможните начини човечеството да оцелее в последните времена и дори да рестартира нашата Вселена.
Най-обещаващият начин да избягаме от нашата Вселена с максимална ентропия е да използваме черни дупки, докато разпадането на фотоните направи живота невъзможен. Черните дупки остават много загадъчни обекти, но теоретиците предлагат да се използват за влизане в нови вселени.
Съвременната теория предполага, че балонните вселени постоянно се раждат в нашата собствена вселена, образувайки нови вселени с материя и възможност за живот. Хокинг вярва, че черните дупки може да са вратите към тези нови вселени. Но има един проблем. След като преминете границата на черната дупка, връщане назад няма. Следователно, ако човечеството реши да отиде до черна дупка, това ще бъде еднопосочно пътуване.
Първо, трябва да намерите въртяща се черна дупка, достатъчно масивна, за да преживеете пътуването през хоризонта на събитията. Противно на общоприетото схващане, масивните черни дупки са по-безопасни за пътуване. Космическите пътешественици на бъдещето може да се надяват, че пътуването няма да завърши зле, но те няма да могат да се свържат с приятелите си от тази страна на черната дупка и да ги информират за резултата. Всяко пътуване ще бъде скок на вярата.
Но има начин да се уверим, че от другата страна ни очаква нова вселена. Според Алън Гът, новородената Вселена се нуждае само от 10 (до мощността на 89) протони, 10 (до мощността на 89) електрони, 10 (до мощността на 89) позитрони, 10 (до мощността на 89) неутрино, 10 (до мощността на 89) антинеутрино, 10 (до мощността на 79) протони и 10 (до мощността на 79) неутрони за начало. Може да изглежда много, но като цяло не е повече от тухла.
Хората на бъдещето биха могли да генерират фалшив вакуум - област от космоса с потенциал за разширяване - използвайки свръхсилно гравитационно поле. В далечното бъдеще хората биха могли да се доберат до технологията за създаване на фалшив вакуум и да създадат своя собствена вселена. Тъй като първоначалната инфлация на Вселената трае частица от секундата, новата Вселена ще се разшири незабавно и ще се превърне в нов дом за хората. Бърз скок през червеевата дупка и ние сме спасени.
Случайното квантово тунелиране може да рестартира Вселената
Какво ще се случи с Вселената, която оставихме след себе си? След известно време той най-накрая ще достигне максималната си ентропия и ще стане напълно необитаем. Но дори и в тази мъртва вселена животът ще има шанс. Изследователите в квантовата механика са наясно с ефекта от квантовото тунелиране. Това е, когато субатомната частица може да влезе в енергийно състояние, което е невъзможно класически.
Например в класическата механика топката не може спонтанно да вдигне и да се навие на хълм. Това е забранено енергийно състояние. Елементарните частици също имат забранени енергийни състояния от гледна точка на класическата механика, но квантовата механика преобръща всичко с главата надолу. Някои частици могат да "тунелират" в тези енергийни състояния.
Този процес вече се извършва в звездите. Но когато се приложи към края на Вселената, възниква странна възможност. Частиците в класическата статистическа механика не могат да преминат от по-високо състояние на ентропия към по-ниско. Но с квантовото тунелиране те могат и ще го направят. Физиците Шон Карол и Дженифър Чен предложиха идеята, че след определено време квантовото тунелиране може спонтанно да намали ентропията в мъртвата вселена, да доведе до нов Голям взрив и да рестартира вселената. Но не задържайте дъха си. За да се случи спонтанно намаляване на ентропията, трябва да изчакате 10 (до степен 10) ^ (до степен 10) ^ (до степен 56) години.
Има и друга теория, която ни дава надежда за нова вселена - този път от математици. През 1890 г. Анри Поанкаре публикува своята теорема за повторяемост, според която след невероятно дълго време всички системи се връщат в състояние, много близко до първоначалното си състояние. Това се отнася и за термодинамиката, при която случайни топлинни колебания във вселена с висока ентропия могат да я накарат да се върне в първоначалното си състояние, след което всичко ще започне отново. Времето ще мине и Вселената може да се формира отново и съществата, които ще живеят в нея, няма да имат и най-малка представа, че живеят в нашата Вселена.
ИЛЯ ХЕЛ