Ništa nije vječno. I naš će svemir, naravno, također umrijeti. Priča se da će to biti vječno širenje i, na kraju, smrt od entropije. Svemir se širi i entropija raste i nastavit će rasti dok sve što nam je drago ne umre. Ali ovo je osjećaj, a mi smo ljudski znanstvenici, pa se pitamo kako će izgledati kraj svemira? Uz što će biti popraćeno? Ne, pa, znatiželjno.
Na noćnom nebu neće ostati zvijezda
Za 150 milijardi godina noćno nebo na Zemlji izgledat će vrlo različito. Kako svemir teži svojoj toplinskoj smrti, svemir se širi brže od brzine svjetlosti. Znamo da je brzina svjetlosti kruto ograničenje brzine za sve objekte u svemiru. Ali to se odnosi samo na predmete koji se nalaze u svemiru, a ne na tkivo samog prostora-vremena. Teško je to shvatiti u hodu, ali tkivo prostornog vremena već se širi brže od brzine svjetlosti. A u budućnosti će to imati čudne posljedice.
Budući da se sam prostor širi brže od svjetlosti, postoji kozmološki horizont. Bilo koji objekt koji prelazi ovaj horizont tražit će od nas da možemo promatrati i bilježiti podatke o njemu pomoću čestica koje putuju brže od svjetlosti. Ali takvih čestica nema. Čim objekti napuste kozmološki horizont, postaju nam nedostupni. Svaki pokušaj kontakta ili interakcije s udaljenim galaksijama izvan ovog horizonta zahtijevat će od nas tehnologiju koja se može kretati brže od širenja samog prostora. Do sada je samo nekoliko objekata izvan našeg kozmološkog horizonta. No kako tamna energija ubrzava širenje, sve će nam na kraju biti nedostupno za oči.
Što to znači za Zemlju? Zamislite da buljite u noćno nebo za 150 milijardi godina. Jedino što će se vidjeti je nekoliko zvijezda koje ostaju unutar kozmološkog horizonta. Na kraju će i oni otići. Noćno će nebo biti potpuno vedro, poput tabule rasa. Astronomi budućnosti neće moći dokazati da u svemiru postoji bilo koji drugi objekt. Sve zvijezde i galaksije koje sada vidimo nestat će. Za nas će u cijelom Svemiru ostati samo Sunčev sustav. Istina, Zemlja vjerojatno neće to opravdati, ali o tome više u nastavku.
Promotivni video:
Život nakon smrti Sunca neće nestati
Svi znaju da zvijezde ne traju vječno. Njihov životni vijek započinje njihovim formiranjem, nastavlja se tijekom faze glavnog niza (koja čini veći dio života zvijezde) i završava smrću zvijezde. U većini slučajeva zvijezde nabreknu i do nekoliko stotina puta više od svoje normalne veličine, završavajući fazu glavnog niza, a s tim progutaju sve planete koji im se približe.
Međutim, za planete koji kruže oko zvijezde na velikoj udaljenosti (izvan "linije smrzavanja" sustava), ti novi uvjeti mogu zapravo postati dovoljno topli da podrže život. Prema nedavnom istraživanju Instituta Carl Sagan sa Sveučilišta Cornell, ova bi situacija u nekim zvjezdanim sustavima mogla trajati milijardama godina i dovesti do pojave potpuno novih oblika izvanzemaljskog života.
Za oko 5,4 milijarde godina naše će Sunce izaći iz faze glavnog slijeda. Nakon što je iscrpio vodikovo gorivo u jezgri, pepeli inertnog helija koji će se tamo sakupljati postat će nestabilni i propadati pod utjecajem vlastite težine. To će dovesti do činjenice da se jezgra zagrijava i postaje gušća, što će pak dovesti do povećanja veličine Sunca - zvijezda će ući u fazu "grane crvenih divova".
Ovo će razdoblje započeti kada naše Sunce postane podgigant i polako će se udvostručiti tijekom otprilike jedne i pol milijarde godina. Sljedećih pola milijarde godina širit će se bržim tempom, sve dok ne bude 200 puta veći od trenutne veličine i nekoliko tisuća puta svjetliji. Tada će službeno postati crveni div, a promjer će mu biti približno 2 AU. e. - Sunce će prijeći trenutnu putanju Marsa.
Očito je da Zemlja neće preživjeti pojavu crvenog diva u Sunčevom sustavu, poput Merkura, Venere ili Marsa. No, izvan linije smrzavanja, gdje je dovoljno hladno da hlapivi spojevi - voda, amonijak, metan, ugljični dioksid i ugljični monoksid - ostanu smrznuti, ostat će plinski divovi, ledeni divovi i patuljasti planeti. I počet će totalno otopljavanje.
Ukratko, kad se zvijezda proširi, to će učiniti i njezina "nastanjiva zona", obuhvaćajući orbite Jupitera i Saturna. Kad se to dogodi, prethodno nenaseljeno mjesto - poput Jupiterovih i Saturnovih mjeseci - može odjednom postati stambeno. Isto vrijedi i za mnoge druge zvijezde u svemiru, kojima je suđeno da postanu crveni divovi kako odrastaju i umiru.
Kad naše Sunce dosegne crvenu fazu divovske grane, imat će samo 120 milijuna godina aktivnog života. Ovo vrijeme nije dovoljno za pojavu i razvoj novih oblika života koji mogu postati doista složeni (poput ljudi i drugih vrsta sisavaca). No prema studiji koja je nedavno objavljena u časopisu The Astrophysical Journal, neki planeti u blizini drugih crvenih divova u našem svemiru mogu ostati naseljeni mnogo dulje - do devet milijardi godina ili više u nekim slučajevima.
Da biste razumjeli, devet milijardi godina dvostruko je više od trenutne starosti Zemlje. Pod pretpostavkom da će svjetovi koji nas zanimaju imati pravi sastav elemenata, imat će dovoljno vremena za stvaranje novih složenih oblika života. Vodeća autorica studije, profesorica Lisa Kaltenneger, ujedno je i direktorica Instituta Carl Sagan. Ona iz prve ruke zna kako tražiti život u svemiru:
„Kako zvijezda postaje starija i sjajnija, naseljiva zona se kreće prema van i vi zapravo vidite drugi život planetarnog sustava. Trenutno su objekti u vanjskim regijama smrznuti u našem Sunčevom sustavu, poput Europe i Enceladusa, Jupiterovih i Saturnovih mjeseci. Nakon što se naše žuto Sunce proširi dovoljno da postane crveni div i pretvori Zemlju u sprženu pustinju, i dalje će postojati regije u našem Sunčevom sustavu - a i u drugim sustavima - gdje bi život mogao procvjetati."
Kako se zvijezda širi, ona gubi masu i gura je prema van u obliku sunčevog vjetra. Planeti koji kruže oko zvijezde ili imaju malu površinsku gravitaciju mogu izgubiti atmosferu. S druge strane, planeti s dovoljnom masom (ili smješteni na sigurnoj udaljenosti) mogu sačuvati ovu atmosferu. U kontekstu našeg Sunčevog sustava, to znači da bi za nekoliko milijardi godina svjetovi poput Europe i Enceladusa (koji možda već imaju život skriven pod ledenim školjkama) mogli postati raj za život.
Naše Sunce postat će crni patuljak
Trenutno naš svemir ima mnogo različitih vrsta zvijezda. Crveni patuljci - hladne zvijezde koje emitiraju crveno svjetlo - među najčešćima su. U svemiru ima i mnogo bijelih patuljaka. To su zvjezdani ostaci mrtvih zvijezda, sastavljeni od izrođene tvari koju kvantni efekti drže zajedno. Trenutno astronomi vjeruju da bijeli patuljci imaju gotovo beskonačan životni vijek. Ali nakon određenog vremena, čak će i oni umrijeti i postati egzotične zvijezde: crni patuljci.
Takva sudbina očekuje i naše Sunce. U dalekoj budućnosti naše će Sunce izbaciti svoje vanjske slojeve i pretvoriti se u bijelu patuljastu zvijezdu koja će ostati milijardama godina. Ali jednog dana, čak će se i bijeli patuljci početi hladiti. Nakon 10 (do snage 100) godina ohladit će se na temperaturu jednaku temperaturi pozadinskog zračenja mikrovalne pećnice, nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule.
Kad se to dogodi, naša će zvijezda postati crni patuljak. Budući da je ovaj tip zvijezde toliko hladan, bit će nevidljiv ljudskom oku. Svatko tko pokuša pronaći Sunce koje nam je dalo život, to će biti nemoguće učiniti pomoću optičkih sustava. Morat će ga tražiti gravitacijskim učincima. Većina zvijezda koje vidimo na noćnom nebu postat će crni patuljci (još jedan razlog zašto će noćno nebo postati bistro). Ali za naše toplo Sunce to je posebno uvredljivo.
Čudne zvijezde
Kad naše Sunce postane crni patuljak, zvjezdana evolucija već je završena. Neće se roditi nove zvijezde. Umjesto toga, svemir će biti preplavljen hladnim ostacima zvijezda. A to će omogućiti Svemiru da počne stvarati čudne zvijezde koje se značajno razlikuju od onoga što znamo.
Jedna od njih je ledena ili hladna zvijezda. Kada zvijezde u svemiru sagore svoje nuklearno gorivo, povećavaju svoju metalnost. U astronomiji je to mjera elemenata u zvijezdi koji su teži od helija - gotovo svi elementi, počevši od litija. Kako se metalnost zvijezde povećava, oni postaju hladniji jer teži elementi oslobađaju manje energije tijekom fuzije. Konačno, zvijezde će postati toliko hladne da će imati temperaturu od 0 stupnjeva, točku ledišta vode.
Ako pogledate još dalje u budućnost, bit će još čudnija zvijezda. Za otprilike 10 (do 1500) godina u budućnosti, entropija će uzeti svoj danak, a svemir će u biti biti mrtav. U ovim hladnim vremenima kvantni učinci će vladati svemirom.
Kvantno tuneliranje omogućit će sintezu lakih elemenata u nestabilan oblik željeza. Zauzvrat će se raspasti u stabilniji izotop, emitirajući slabu količinu energije. Ove željezne zvijezde bit će jedini mogući oblik zvijezde u ovom trenutku. No, nalaze se samo u modelima u kojima astronomi ne vjeruju u raspad protona, pa ova ideja nije najpopularnija.
Svi će se nukleoni raspasti
Vratimo se s točke 10 (na snagu 15) godina nakon Velikog praska na točku 10 (na snagu 34) godina. Ako ljudska rasa do tada nije mrtva, zasigurno nećemo preživjeti ovo doba. Kao što je gore spomenuto, astronomi se neprestano svađaju oko toga hoće li se proton raspasti do kraja vremena. Recimo da.
Nukleoni su čestice u jezgri atoma, protoni i neutroni. Poznato je da se slobodni neutroni raspadaju s poluvijekom od 10 minuta. Ali protoni su nevjerojatno stabilni. Nitko nije iz prve ruke vidio raspad protona. Ali pred kraj svemira sve će se promijeniti.
Fizičari pretpostavljaju da je poluvrijeme protona 10 (u moć 37) godina. Nismo vidjeli ovo propadanje jer svemir još nije dovoljno star. U epohi raspada (10 (do snage 34) - 10 (do snage 40) godina), protoni će napokon početi propadati u pozitrone i pione. Na kraju epohe raspada svi protoni i neutroni u Svemiru istrošit će se.
Očito će život u Svemiru početi imati problema. Ako pretpostavimo da je ljudska rasa preživjela promjenu Sunca i migrirala u prijateljskije dijelove Svemira, u određenom će trenutku zakoni fizike početi diktirati smrt ljudske rase. Naša su tijela i svi međuzvjezdani objekti izgrađeni od nukleona. Kad se raspadnu, svaki će život prestati, budući da će i sami atomi prestati postojati. Život neće moći nastaviti postojati u takvim uvjetima (i u takvom obliku) i Svemir će zaroniti u eru crnih rupa.
Crne rupe preplavit će svemir
Kad nukleoni nestanu, crne rupe će ući u zakon i vladati će svemirom od 10 (do snage 40) godina nakon Velikog praska do 10 (do snage 100) godina. Od ovog trenutka počinjemo razgovarati o toliko dugim vremenima da ih je apsolutno nemoguće razumjeti svojim umom. Nakon vremena puno dužeg od sadašnjeg doba svemira, crne rupe ostat će jedine strukture.
Kad nukleoni odu, glavne subatomske čestice bit će leptoni - elektroni i pozitroni. Oni će poticati crne rupe. Apsorbirajući ostatke materije u Svemiru, same crne rupe emitirat će čestice koje će ispuniti Svemir fotonima i hipotetičkim gravitonima. Ali crnim rupama je suđeno da umru, kako je odlučio Stephen Hawking.
Prema Hawkingu, crne rupe isparavaju zbog svog zračenja. Kad zrače, gube masu u obliku energije. Taj postupak traje dugo, tako da o njemu ne znamo praktički ništa. Potrebno je 10 (do snage 60) godina da crna rupa potpuno ispari, tako da ovaj proces još nije nastavljen do kraja stoljeća našeg Svemira. Ali, kao što smo rekli, na kraju će i crne rupe umrijeti. Od njih će ostati samo čestice bez mase i nekoliko raspršenih leptona koji će lijeno komunicirati i izgubiti energiju.
Pojavit će se atom nove vrste
Sa samo nekoliko subatomskih čestica koje su ostale od našeg svemira, može se činiti kao da se više nema o čemu razgovarati. Ali život se može pojaviti i u ovom najgorem svijetu.
Godinama su istraživači čestica govorili o pozitroniju, atomskoj vezi između pozitrona i elektrona. Ove dvije čestice imaju suprotne naboje. (Pozitron je antičestica elektrona). Stoga će ih elektromagnetski privući. Kad par takvih čestica počne međusobno komunicirati, mogu imati rudimentarne orbite i atomsko ponašanje.
Budući da će pozitronij biti rijedak, ovaj model "kemije" pozitronija ne može se nazvati cjelovitim. Ali znatiželjne stvari mogu nastati iz tih čudnih "atoma". Prvo, mogu postojati u divovskim orbitama koje pokrivaju međuzvjezdani prostor. Sve dok dvije čestice međusobno djeluju, moći će održavati par bez obzira na udaljenost.
Tijekom ere crnih rupa, neki od tih "atoma" imat će promjere na udaljenostima većim od našeg sadašnjeg vidljivog svemira. Atomi pozitronija sastavljeni od leptona preživjet će raspad protona i proći kroz eru crnih rupa. Osim toga, crne rupe stvorit će atome pozitronija u procesu zračenja. Nakon određenog vremena raspadnut će se i parovi pozitron-elektroni. Ali prije toga, Svemir može roditi potpuno neopisiv život.
Sve će se usporiti, čak i sama pomisao
Kad se era crnih rupa završi, pa čak i ovi zvjezdani divovi nestanu u tami, u našem će svemiru ostati samo nekoliko stvari, uglavnom difuznih subatomskih čestica i preostalih atoma pozitronija. Nakon toga, sve će se u Svemiru događati izuzetno sporo, bilo koji događaj može trajati eonima. Prema nekim teoretskim fizičarima, poput Freemana Dysona, život se u ovo vrijeme može ponovno pojaviti u svemiru.
Nakon dugog, dugog vremena, organska evolucija može se početi razvijati iz pozitronija. Stvorenja koja će se pojaviti bit će vrlo različita od svega što znamo. Na primjer, mogu biti ogromne, protežući se na međuzvjezdane udaljenosti. Budući da u svemiru ne preostaje ništa drugo, imat će se gdje okrenuti. Ali budući da će ti oblici života biti ogromni, oni će razmišljati puno sporije od nas. Zapravo, mogu proći bilijuni godina da takvo stvorenje stvori čak i jednu misao.
Možda nam se čini čudnim, ali budući da će ta bića postojati u ogromnim vremenskim intervalima, takva će im misao biti trenutna. Oni će postojati nevjerojatno dugo, gledajući kako Svemir leti pored njih. Ali oni će potonuti u zaborav.
Kraj "makrofizike"
U to će vrijeme Svemir doseći gotovo maksimalno stanje entropije, tj. Postat će homogeno energetsko polje i nekoliko subatomskih čestica. To će biti nakon ere crnih rupa, mnogo kasnije nakon 10 (do snage 100) godina. Prostor će se toliko proširiti, a tamna energija postat će toliko moćna da će čak i crne rupe prestati postojati i svemir će izgubiti masivne predmete.
Teško je zamisliti takav svemir. Razmislite o tome: zvijezde će se prestati stvarati, jer će se subatomske čestice koje čine materiju razdvojiti na toliko udaljenosti da se nikako ne mogu susresti putujući brzinom svjetlosti. Ne mogu se pojaviti ni atomi pozitronija.
Fizika će završiti. Jedini fizički model koji će i dalje raditi bit će kvantna mehanika. Kvantni efekti pojavit će se čak i na ogromnim međuzvjezdanim udaljenostima, u gigantskom vremenskom okviru. Na kraju će temperatura svemira pasti na apsolutnu nulu: neće ostati energije koja će se pretvoriti u rad. U nekim modelima, širenje prostora će rasti, razdvajajući prostor-vrijeme. Svemir će prestati postojati.
Je li moguće pobjeći od svega ovoga?
Do sada su naše putovanje na kraj svemira pratili samo mračni i depresivni događaji. Ali fizičari ne gube optimizam i skiciraju moguće načine kako čovječanstvo preživjeti posljednja vremena, pa čak i ponovno pokrenuti naš svemir.
Najperspektivniji način za bijeg iz našeg svemira uz maksimalnu entropiju je korištenje crnih rupa sve dok raspad fotona ne učini život nemogućim. Crne rupe ostaju vrlo tajanstveni predmeti, ali teoretičari predlažu da se njima koriste za ulazak u nove svemire.
Moderna teorija sugerira da se mjehurići svemiri neprestano rađaju u našem vlastitom svemiru, tvoreći nove svemire s materijom i mogućnošću života. Hawking vjeruje da bi crne rupe mogle biti vrata tih novih svemira. Ali postoji jedan problem. Jednom kad prijeđete granicu crne rupe, nema povratka. Stoga, ako čovječanstvo odluči otići u crnu rupu, to će biti jednosmjerno putovanje.
Prvo morate pronaći vrtnju crne rupe dovoljno masivnu da preživi putovanje kroz horizont događaja. Suprotno uvriježenom mišljenju, masivne crne rupe sigurnije su putovati. Svemirski putnici budućnosti mogu se nadati da putovanje neće loše završiti, ali neće moći kontaktirati svoje prijatelje s ove strane crne rupe i obavijestiti ih o rezultatu. Svaka vožnja bit će skok vjere.
Ali postoji način da se pobrinemo da nas novi svemir čeka s druge strane. Prema Alanu Guthu, novorođenom Svemiru treba samo 10 (na 89 snage) protona, 10 (na 89 snage) elektrona, 10 (89 snage) pozitrona, 10 (89 snage) neutrina, 10 (89 snage) antineutrina, 10 (do snage 79) protona i 10 (snage 79) neutrona za početak. Možda se čini puno, ali sveukupno to nije više od cigle.
Ljudi budućnosti mogli bi stvoriti lažni vakuum - područje svemira s potencijalom za širenje - koristeći superjako gravitacijsko polje. U dalekoj budućnosti ljudi bi se mogli dokopati tehnologije za stvaranje lažnog vakuuma i pokretanje vlastitog svemira. Budući da početna inflacija svemira traje djelić sekunde, novi svemir će se trenutno proširiti i postati novi dom za ljude. Brzi skok kroz crvotočinu i spašeni smo.
Slučajno kvantno tuneliranje moglo bi ponovno pokrenuti svemir
Što će se dogoditi sa svemirom koji smo ostavili za sobom? Nakon nekog vremena napokon će doseći maksimalnu entropiju i postati potpuno nenastanjiv. Ali čak i u ovom mrtvom svemiru život će imati priliku. Istraživači u kvantnoj mehanici svjesni su učinka kvantnog tuneliranja. Tada subatomska čestica može ući u energetsko stanje koje je klasično nemoguće.
Primjerice, u klasičnoj mehanici lopta se ne može spontano podići i zakotrljati uz brdo. Ovo je zabranjeno energetsko stanje. Elementarne čestice također imaju zabranjena energetska stanja s gledišta klasične mehanike, ali kvantna mehanika sve okreće naopako. Neke se čestice mogu "probiti" u ta energetska stanja.
Taj se proces već odvija u zvijezdama. Ali kada se primijeni na kraj svemira, pojavi se čudna mogućnost. Čestice u klasičnoj statističkoj mehanici ne mogu prijeći iz višeg stanja entropije u niže. Ali s kvantnim tuneliranjem mogu i hoće. Fizičari Sean Carroll i Jennifer Chen predložili su ideju da bi, nakon određenog vremena, kvantno tuneliranje moglo spontano smanjiti entropiju u mrtvom svemiru, dovesti do novog Velikog praska i ponovno pokrenuti svemir. Ali nemojte zadržavati dah. Da bi se došlo do spontanog smanjenja entropije, morate pričekati 10 (do snage 10) ^ (do snage 10) ^ (snage 56)
Postoji još jedna teorija koja nam daje nadu u novi svemir - ovaj put od matematičara. 1890. Henri Poincaré objavio je svoj teorem o ponavljanju, prema kojem se, nakon nevjerojatno dugo vremena, svi sustavi vraćaju u stanje vrlo blizu izvornog stanja. To se odnosi i na termodinamiku, u kojoj slučajna toplinska kolebanja u svemiru s velikom entropijom mogu dovesti do toga da se vrati u prvobitno stanje, nakon čega će sve početi iznova. Vrijeme će proći, a svemir se može ponovno stvoriti, a stvorenja koja će živjeti u njemu neće imati ni najmanje ideje da žive u našem svemiru.
ILYA KHEL
