Nic není věčné. A náš vesmír samozřejmě také zemře. Říká se, že to bude věčná expanze a nakonec smrt z entropie. Vesmír se rozpíná a entropie roste a bude dále růst, dokud nezemře vše, co máme, drahý. Ale to je sentiment a my jsme vědci člověka, takže jsme zvědaví, jak bude vypadat konec vesmíru? Čím to bude doprovázeno? Ne, zvědavě.
Na noční obloze nezůstanou žádné hvězdy
Za 150 miliard let bude noční obloha na Zemi vypadat velmi odlišně. Jak vesmír inklinuje k jeho tepelné smrti, prostor se rozpíná rychleji než rychlost světla. Víme, že rychlost světla je přísným omezovačem rychlosti pro všechny objekty ve vesmíru. To však platí pouze pro objekty, které jsou v prostoru, nikoli pro strukturu samotného časoprostoru. Je těžké na to přijít za běhu, ale struktura časoprostoru se již rozpíná rychleji než rychlost světla. A v budoucnu to bude mít podivné důsledky.
Jelikož se samotný prostor rozpíná rychleji než světlo, existuje kosmologický horizont. Jakýkoli objekt, který překročí tento horizont, bude vyžadovat, abychom mohli pozorovat a zaznamenávat údaje o něm pomocí částic pohybujících se rychleji než světlo. Ale žádné takové částice neexistují. Jakmile objekty opustí kosmologický horizont, stanou se pro nás nepřístupnými. Jakýkoli pokus o kontakt nebo interakci se vzdálenými galaxiemi za tímto horizontem bude od nás vyžadovat technologii, která se může pohybovat rychleji než samotná expanze vesmíru. Zatím je jen několik objektů mimo náš kosmologický horizont. Ale jak temná energie zrychluje expanzi, všechno bude nakonec mimo náš zrak.
Co to znamená pro Zemi? Představte si, že se díváte na noční oblohu za 150 miliard let. Jediná věc, kterou uvidíme, je několik hvězd, které zůstanou v kosmologickém horizontu. Nakonec také odejdou. Noční obloha bude úplně jasná, jako tabula rasa. Astronomové budoucnosti nebudou schopni dokázat, že ve vesmíru existuje nějaký jiný objekt. Všechny hvězdy a galaxie, které nyní vidíme, zmizí. Pro nás zůstane v celém vesmíru pouze sluneční soustava. Je pravda, že Země pravděpodobně toto nesplní, ale o tom níže.
Propagační video:
Život po smrti Slunce nezmizí
Každý ví, že hvězdy netrvají věčně. Jejich životnost začíná jejich vznikem, pokračuje během fáze hlavní sekvence (která představuje většinu života hvězdy) a končí smrtí hvězdy. Ve většině případů hvězdy nabobtnají až několikásobek své normální velikosti, čímž končí fáze hlavní sekvence, a tím pohltí všechny planety, které se k nim přiblíží.
U planet, které obíhají kolem hvězdy na velké vzdálenosti (mimo „mrazivou čáru“systému), se však tyto nové podmínky mohou ve skutečnosti dostatečně zahřát, aby podpořily život. Podle nedávné studie Institutu Carla Sagana na Cornellově univerzitě by tato situace v některých hvězdných systémech mohla trvat miliardy let a vést ke vzniku zcela nových forem mimozemského života.
Za asi 5,4 miliardy let naše Slunce opustí fázi hlavní sekvence. Po vyčerpání vodíkového paliva v jádru se popel inertního helia, který se tam bude shromažďovat, stane nestabilním a zhroutí se pod vlivem jejich vlastní hmotnosti. To povede k tomu, že se jádro zahřeje a zhustne, což zase povede ke zvětšení velikosti Slunce - hvězda vstoupí do fáze „větve červených obrů“.
Toto období začne, když se naše Slunce stane subgiantem a jeho velikost se během přibližně jeden a půl miliardy let pomalu zdvojnásobí. Během příštích půl miliardy let se bude rozšiřovat rychleji, dokud nebude 200krát větší než jeho současná velikost a několik tisíckrát jasnější. Poté se oficiálně stane červeným obrem a jeho průměr bude přibližně 2 AU. e. - Slunce překročí současnou oběžnou dráhu Marsu.
Je zřejmé, že Země nepřežije vzhled červeného obra ve sluneční soustavě, jako je Merkur, Venuše nebo Mars. Ale za hranicí mrazu, kde je dost zima na to, aby těkavé sloučeniny - voda, amoniak, metan, oxid uhličitý a oxid uhelnatý - zůstaly zmrzlé, budou existovat plynní obři, ledoví obři a trpasličí planety. A začne úplně tát.
Stručně řečeno, když se hvězda rozpíná, její „obyvatelná zóna“bude dělat to samé a bude se rozprostírat na oběžných drahách Jupitera a Saturnu. Když k tomu dojde, dříve neobydlené místo - jako měsíce Jupitera a Saturna - se může najednou stát obytným. Totéž platí pro mnoho dalších hvězd ve vesmíru, které jsou určeny k tomu, aby se staly červenými obry, jak vyrostou a zemřou.
Až naše Slunce dosáhne červené fáze obří větve, bude mít jen 120 milionů let aktivního života. Tentokrát nestačí na to, aby se objevily a vyvinuly nové formy života, schopné stát se skutečně složitými (jako lidé a jiné druhy savců). Ale podle studie nedávno publikované v The Astrophysical Journal mohou některé planety poblíž jiných červených obrů v našem vesmíru zůstat obývané mnohem déle - v některých případech až devět miliard let nebo déle.
Pro pochopení je devět miliard let dvojnásobkem současného věku Země. Za předpokladu, že světy, které nás zajímají, budou mít správné složení prvků, budou mít dostatek času na vznik nových složitých forem života. Hlavní autorka studie, profesorka Lisa Kaltenneger, je také ředitelkou Institutu Carla Sagana. Na vlastní kůži ví, jak hledat život ve vesmíru:
"Jak hvězda stárne a jasnější, obyvatelná zóna se pohybuje ven a vy v podstatě vidíte druhý život planetárního systému." V současné době jsou objekty ve vnějších oblastech zmrzlé v naší sluneční soustavě, jako jsou Europa a Enceladus, měsíce Jupitera a Saturnu. Poté, co se naše žluté Slunce dostatečně rozšíří, aby se stalo červeným obrem a proměnilo Zemi ve spálenou poušť, budou v naší sluneční soustavě - a také v dalších soustavách - stále existovat oblasti, kde by mohl vzkvétat život. “
Jak se hvězda rozpíná, ztrácí hmotu a tlačí ji ven ve formě slunečního větru. Planety, které obíhají blízko hvězdy nebo mají nízkou povrchovou gravitaci, mohou ztratit atmosféru. Na druhou stranu planety s dostatečnou hmotností (nebo umístěné v bezpečné vzdálenosti) mohou tuto atmosféru chránit. V kontextu naší sluneční soustavy to znamená, že za pár miliard let by se světy jako Europa a Enceladus (v nichž se již může skrývat život pod ledovými skořápkami) mohly stát rájem pro život.
Naše Slunce se stane černým trpaslíkem
V tuto chvíli má náš vesmír mnoho různých typů hvězd. Mezi nejběžnější patří červení trpaslíci - chladné hvězdy, které vyzařují červené světlo. Ve vesmíru je také mnoho bílých trpaslíků. Jedná se o hvězdné pozůstatky mrtvých hvězd, složené z degenerované hmoty držené pohromadě kvantovými efekty. V současnosti se astronomové domnívají, že bílí trpaslíci mají téměř nekonečnou délku života. Ale po určité době dokonce zemřou a stanou se exotickými hvězdami: černými trpaslíky.
Takový osud čeká i naše Slunce. V daleké budoucnosti naše Slunce vysune své vnější vrstvy a promění se v bílou trpasličí hvězdu, která zde zůstane miliardy let. Ale jednoho dne se i bílí trpaslíci začnou ochladit. Po 10 (na výkon 100) let se ochladí na teplotu rovnající se teplotě mikrovlnného záření na pozadí, několik stupňů nad absolutní nulou.
Když se to stane, z naší hvězdy se stane černý trpaslík. Protože tento typ hvězdy je tak chladný, bude pro lidské oko neviditelný. Pro každého, kdo se pokusí najít Slunce, které nám dalo život, to nebude možné pomocí optických systémů. Bude to muset hledat gravitačními efekty. Většina hvězd, které vidíme na noční obloze, se stanou černými trpaslíky (další důvod, proč bude noční obloha jasná). Ale pro naše teplé slunce je to obzvláště urážlivé.
Podivné hvězdy
Než se naše Slunce stane černým trpaslíkem, hvězdná evoluce již byla dokončena. Nové hvězdy se nenarodí. Místo toho bude vesmír zaplaven chladnými zbytky hvězd. A to umožní vesmíru začít vytvářet podivné hvězdy, které se výrazně liší od toho, co známe.
Jednou z nich je mrazivá nebo studená hvězda. Když hvězdy ve vesmíru spálí své jaderné palivo, zvýší se jejich metalicita. V astronomii se jedná o míru prvků ve hvězdě, které jsou těžší než helium - prakticky všechny prvky, počínaje lithiem. Jak se zvyšuje metalicita hvězdy, stávají se chladnějšími, protože těžší prvky během fúze uvolňují méně energie. Nakonec budou hvězdy tak chladné, že budou mít teplotu 0 stupňů, bod mrazu vody.
Při pohledu do budoucnosti bude ještě cizí hvězda. Za asi 10 (na sílu 1 500) let v budoucnu si entropie vybere svou daň a vesmír bude v podstatě mrtvý. V těchto chladných dobách budou vesmír vládnout kvantové efekty.
Kvantové tunelování umožní syntetizovat světelné prvky do nestabilní formy železa. Na druhé straně se rozpadne na stabilnější izotop, vyzařující slabé množství energie. Tyto železné hvězdy budou v tuto chvíli jediným možným tvarem hvězdy. Nacházejí se však pouze u modelů, u nichž astronomové nevěří v rozpad protonů, takže tato myšlenka není nejoblíbenější.
Všechny nukleony se rozpadnou
Vraťme se z bodu 10 (na sílu 15) let po Velkém třesku na bod 10 (na sílu 34) let. Pokud do té doby nebude lidská rasa mrtvá, určitě tuto éru nepřežijeme. Jak již bylo zmíněno výše, astronomové se neustále hádají o tom, zda se proton rozpadne na konci času. Řekněme ano.
Nukleony jsou částice v jádru atomu, protony a neutrony. Je známo, že volné neutrony se rozpadají s poločasem 10 minut. Ale protony jsou neuvěřitelně stabilní. Nikdo z první ruky neviděl rozpad protonu. Ale ke konci vesmíru se všechno změní.
Fyzici předpokládají, že poločas protonu je 10 (k síle 37) let. Tento rozpad jsme neviděli, protože vesmír ještě není dost starý. V epochě rozpadu (10 (na 34. sílu) - 10 (na 40. sílu) let) se protony konečně začnou rozpadat na pozitrony a piony. Na konci epochy rozpadu dojdou všechny protony a neutrony ve vesmíru.
Je zřejmé, že život ve vesmíru začne mít problémy. Pokud předpokládáme, že lidská rasa přežila změnu Slunce a migrovala do přátelštějších částí vesmíru, v určitém okamžiku začnou zákony fyziky diktovat smrt lidské rasy. Naše těla a všechny mezihvězdné objekty jsou vyrobeny z nukleonů. Když se rozpadnou, jakýkoli život skončí, protože samotné atomy přestanou existovat. Život nebude schopen v takových podmínkách (a v takové formě) nadále existovat a vesmír se ponoří do éry černých děr.
Vesmír zaplaví černé díry
Když nukleony zmizí, černé díry vstoupí do práva a budou vládnout Vesmíru od 10 (do síly 40) let po Velkém třesku do 10 (do síly 100) let. Od této chvíle začneme mluvit o dobách tak dlouhých, že je zcela nemožné jim rozumět rozumem. Po čase mnohem delším, než je současný věk vesmíru, zůstanou černé díry jedinými strukturami.
Když nukleony odejdou, hlavními subatomárními částicemi budou leptony - elektrony a pozitrony. Zapálí černé díry. Absorpcí zbytků hmoty ve vesmíru samotné černé díry budou emitovat částice, které vyplní vesmír fotony a hypotetickými gravitony. Ale černé díry mají zemřít, jak se rozhodl Stephen Hawking.
Podle Hawkinga se černé díry odpařují kvůli jejich záření. Když vyzařují, ztrácejí hmotu ve formě energie. Tento proces trvá dlouho, takže o něm nevíme prakticky nic. Trvá 10 (k síle 60) let, než se černá díra úplně vypaří, takže tento proces ještě po celé století našeho vesmíru nepokračoval. Ale jak jsme řekli, černé díry nakonec také zemřou. Zůstanou z nich jen nehmotné částice a několik rozptýlených leptonů, které budou líně interagovat a ztrácet svou energii.
Objeví se atom nového typu
Když z našeho vesmíru zbývá jen několik subatomárních částic, může se zdát, že už není o čem mluvit. Ale život se může objevit i v tomto nejhorším světě.
Po mnoho let vědci o částicích hovořili o pozitroniu, atomové vazbě mezi pozitronem a elektronem. Tyto dvě částice mají opačné náboje. (Pozitron je antičástice elektronu). Proto budou elektromagneticky přitahovány. Když pár takových částic začne interagovat, mohou mít rudimentární oběžné dráhy a atomové chování.
Protože pozitronium bude vzácné, nelze tento model pozitroniové „chemie“nazvat úplným. Z těchto podivných „atomů“však mohou vzejít velmi zvláštní věci. Nejprve mohou existovat na obřích drahách, které pokrývají mezihvězdný prostor. Dokud budou dvě částice interagovat, budou schopny udržovat dvojici bez ohledu na vzdálenost.
Během éry černých děr budou mít některé z těchto „atomů“průměry překlenující vzdálenosti větší než náš současný pozorovatelný vesmír. Atomy pozitronia složené z leptonů přežijí rozpad protonu a projdou érou černých děr. Kromě toho černé díry vytvoří v procesu záření atomy pozitronia. Po určité době se také positron-elektronové páry rozpadnou. Ale předtím může vesmír zrodit zcela nepopsatelný život.
Všechno se zpomalí, dokonce i samotná myšlenka
Když éra černých děr skončí a dokonce i tito hvězdní obři zmizí v temnotě, v našem vesmíru zůstane jen pár věcí, hlavně difúzní subatomární částice a zbývající atomy pozitronia. Poté se vše ve vesmíru stane extrémně pomalu, jakákoli událost může trvat věky. Podle některých teoretických fyziků, jako je Freeman Dyson, se v tomto okamžiku může ve vesmíru znovu objevit život.
Po dlouhé a dlouhé době se z pozitronia může začít vyvíjet organická evoluce. Tvorové, kteří se objeví, se budou velmi lišit od všeho, co známe. Například mohou být obrovské a překlenovat mezihvězdné vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že ve vesmíru nezbylo nic jiného, budou mít kam se obrátit. Ale protože tyto formy života budou obrovské, budou myslet mnohem pomaleji než my. Ve skutečnosti to může trvat biliony let, než takové stvoření vytvoří jen jednu myšlenku.
Může se nám to zdát divné, ale protože tato stvoření budou existovat v obrovských časových intervalech, taková myšlenka pro ně bude okamžitá. Budou existovat neuvěřitelně dlouho a budou sledovat, jak kolem nich letí vesmír. Ale potopí se do zapomnění.
Konec „makrofyziky“
Do této doby dosáhne vesmír téměř maximálního stavu entropie, to znamená, že se stane homogenním polem energie a několika subatomovými částicemi. Bude to po éře černých děr, mnohem později po 10 (k síle 100) let. Prostor se natolik rozšíří a temná energie se stane tak silnou, že přestanou existovat i černé díry a vesmír ztratí obrovské objekty.
Je těžké si takový vesmír představit. Jen se nad tím zamyslete: hvězdy se přestanou formovat, protože subatomární částice, které tvoří hmotu, budou odděleny takovými vzdálenostmi, které nemohou žádným způsobem splnit a pohybovat se rychlostí světla. Ani atomy pozitronia se nemohou objevit.
Fyzika skončí. Jediným fyzickým modelem, který bude i nadále fungovat, bude kvantová mechanika. Kvantové efekty se dostaví i na obrovské mezihvězdné vzdálenosti, v gigantickém časovém rámci. Nakonec teplota vesmíru poklesne na absolutní nulu: nezůstane žádná energie, která by se mohla přeměnit na práci. U některých modelů bude expanze prostoru narůstat a roztrhne časoprostor. Vesmír přestane existovat.
Je možné z toho všeho uniknout?
Naše cesta na konec vesmíru byla dosud doprovázena pouze temnými a depresivními událostmi. Fyzici však neztrácejí optimismus a načrtávají možné způsoby, jak lidstvo přežít časy konce a dokonce restartovat náš vesmír.
Nejslibnějším způsobem, jak uniknout z našeho vesmíru s maximální entropií, je použití černých děr, dokud rozpad fotonů znemožní život. Černé díry zůstávají velmi záhadnými objekty, ale teoretici navrhují, aby je využili ke vstupu do nových vesmírů.
Moderní teorie naznačuje, že bublinové vesmíry se neustále rodí v našem vlastním vesmíru a vytvářejí nové vesmíry s hmotou a možností života. Hawking věří, že černé díry mohou být branami do těchto nových vesmírů. Ale je tu jeden problém. Jakmile překročíte hranici černé díry, není cesty zpět. Pokud se tedy lidstvo rozhodne jít do černé díry, bude to jednosměrný výlet.
Nejprve musíte najít rotující černou díru dostatečně masivní, abyste přežili cestu přes horizont událostí. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení je masivní černé díry bezpečnější cestovat skrz. Vesmírní cestovatelé budoucnosti mohou doufat, že cesta neskončí špatně, ale nebudou moci kontaktovat své přátele na této straně černé díry a informovat je o výsledku. Každá jízda bude skokem víry.
Existuje však způsob, jak zajistit, aby nás na druhé straně čekal nový vesmír. Podle Alana Gutha potřebuje novorozený vesmír pouze 10 (na 89 sil) protonů, 10 (na 89 sil) elektrony, 10 (89 sil) pozitronů, 10 (89 sil) neutrin, 10 (89 sil) antineutrinos, 10 (k síle 79) protonů a 10 (k síle 79) neutronů pro začátek. Může se to zdát hodně, ale celkově to není nic jiného než cihla.
Lidé budoucnosti mohli pomocí supersilného gravitačního pole generovat falešné vakuum - oblast vesmíru s potenciálem expanze. V daleké budoucnosti se lidé mohli chopit této technologie, aby vytvořili falešné vakuum a založili svůj vlastní vesmír. Protože počáteční nafouknutí vesmíru trvá zlomek sekundy, nový vesmír se okamžitě rozšíří a stane se novým domovem pro lidi. Rychlý skok červí dírou a jsme zachráněni.
Náhodné kvantové tunelování by mohlo restartovat vesmír
Co se stane s vesmírem, který jsme po sobě zanechali? Po chvíli konečně dosáhne své maximální entropie a stane se zcela neobyvatelným. Ale i v tomto mrtvém vesmíru bude mít život šanci. Vědci v kvantové mechanice jsou si vědomi účinku kvantového tunelování. To je případ, kdy subatomární částice může vstoupit do energetického stavu, který je klasicky nemožný.
Například v klasické mechanice se míč nemůže spontánně zvednout a vrátit se do kopce. Toto je zakázaný energetický stav. Elementární částice mají také zakázané energetické stavy z hlediska klasické mechaniky, ale kvantová mechanika vše převrací. Některé částice se mohou „tunelovat“do těchto energetických stavů.
Tento proces již probíhá ve hvězdách. Pokud se však použije na konec vesmíru, objeví se zvláštní možnost. Částice v klasické statistické mechanice se nemohou přesunout z vyššího stavu entropie do nižšího. Ale s kvantovým tunelováním mohou a budou. Fyzici Sean Carroll a Jennifer Chen navrhli myšlenku, že po určité době může kvantové tunelování spontánně snížit entropii v mrtvém vesmíru, vést k novému velkému třesku a restartovat vesmír. Ale nezadržujte dech. Aby došlo k spontánnímu poklesu entropie, musíte počkat 10 (na sílu 10) ^ (na sílu 10) ^ (na sílu 56) let.
Existuje další teorie, která nám dává naději na nový vesmír - tentokrát od matematiků. V roce 1890 publikoval Henri Poincaré svou větu o opakování, podle níž se po neuvěřitelně dlouhé době všechny systémy vracejí do stavu velmi blízkého svému původnímu stavu. To platí také pro termodynamiku, ve které náhodné teplotní výkyvy ve vesmíru s vysokou entropií mohou způsobit jeho návrat do původního stavu, po kterém vše začne znovu. Čas plyne a vesmír se může znovu formovat a tvorové, kteří v něm budou žít, nebudou mít sebemenší tušení, že žijí v našem vesmíru.
ILYA KHEL