Älä paniikkia, mutta planeettamme on tuomittu. Se vie vain jonkin aikaa. Noin kuuden miljardin vuoden päästä maapallo todennäköisesti höyrystyy, kun kuoleva aurinko laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja nielaisee planeettamme.
Mutta maapallo on vain yksi planeetta aurinkokunnassa, aurinko on vain yksi sadoista miljardeista tähdistä galaksissa, ja havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa on satoja miljardeja galakseja. Mitä on varattuna kaikelle tälle? Kuinka maailmankaikkeus loppuu?
Tiede on paljon vähemmän tyytynyt siihen, miten se tapahtuu. Emme ole edes varmoja, tuleeko maailmankaikkeus vahvaksi, määritelty pää, tai vain hitaasti häntää. Paras ymmärryksemme fysiikasta ehdottaa, että universaalille maailmanloppulle on olemassa useita vaihtoehtoja. Se tarjoaa myös joitain vihjeitä siitä, miten voimme vain selviytyä siitä.
Ensimmäinen vihjeemme maailmankaikkeuden lopusta tulee termodynamiikasta, lämmön tutkimuksesta. Termodynamiikka on fysiikan villisilmäinen katusaarnaaja, jolla on pahvikyltti, jossa on yksinkertainen varoitus: ”LÄMMÖN KUOLEMA TULEE”.
Lämpökuolema on paljon pahempi kuin palamaan rapeaksi
Nimestä huolimatta maailmankaikkeuden lämpökuolema ei ole ”tulinen inferno”. Sen sijaan se on kaikkien lämpöerojen kuolema.
Tämä ei ehkä kuulosta pelottavalta, mutta lämpökuolema on paljon pahempi kuin polttaminen teräväksi. Tämä johtuu siitä, että melkein kaikki jokapäiväisessä elämässä edellyttää jonkinlaista lämpötilaeroa joko suoraan tai epäsuorasti.
Esimerkiksi autosi kulkee, koska se on moottorin sisällä kuumempi kuin ulkona. Tietokoneesi käyttää sähköä paikallisesta voimalaitoksesta, joka todennäköisesti toimii lämmittämällä vettä ja käyttämällä sitä turbiinin virtalähteeseen. Ja syöt ruokaa, joka on olemassa auringon ja muun maailmankaikkeuden välisen valtavan lämpötilaeron ansiosta.
Kuitenkin, kun maailmankaikkeus saavuttaa lämpökuoleman, kaikki kaikkialla tulee olemaan sama lämpötila. Tämä tarkoittaa, että mitään mielenkiintoista ei enää koskaan tapahdu.
Lämpökuolema näytti siltä kuin ainoa mahdollinen tapa, jolla maailmankaikkeus voisi loppua
Jokainen tähti kuolee, melkein kaikki aine hajoaa, ja lopulta jäljellä on vain harvaa keittoa hiukkasista ja säteilystä. Jopa tuon keiton energia katoaa ajan myötä maailmankaikkeuden laajenemisesta, jolloin kaikki jää vain murto-osan asteen absoluuttisen nollan yläpuolelle.
Tässä ”Suuressa jäätymisessä” maailmankaikkeus pääsee tasaisesti kylmä, kuollut ja tyhjä.
Termodynamiikan kehityksen jälkeen 1800-luvun alussa lämpökuolema näytti ainoalta mahdolliselta tavalta, jolla maailmankaikkeus voisi loppua. Mutta 100 vuotta sitten Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan maailmankaikkeudella oli paljon dramaattisempi kohtalo.
Yleissuhteellisuusteorian mukaan aine ja energia loivat tilaa ja aikaa. Tämä aika-ajan ja aine-energia (tavaraa) – näyttämön ja siinä olevien toimijoiden välillä – ulottuu koko maailmankaikkeuteen. Einsteinin mukaan maailmankaikkeuden tavarat määräävät itse universumin lopullisen kohtalon.
Maailmankaikkeus alkoi uskomattoman pienenä ja laajeni sitten uskomattoman nopeasti
Teoria ennusti maailmankaikkeuden olevan Kokonaisuuden täytyy joko olla laajenemassa tai supistumassa. Se ei voinut pysyä samankokoisena. Einstein tajusi tämän vuonna 1917 ja oli niin haluttomia uskomaan sitä, että hän selvitti oman teoriansa.
Sitten vuonna 1929 amerikkalainen tähtitieteilijä Edwin Hubble löysi vankkoja todisteita maailmankaikkeuden laajenemisesta.Einstein muutti mieltään kutsumalla aikaisempaa vaatimustaan staattiseksi maailmankaikkeus hänen uransa ”suurin virhe”.
Jos maailmankaikkeus laajenee, sen on täytynyt kerran olla paljon pienempi kuin nyt. Tämä oivallus johti Big Bang -teoriaan: ajatus siitä, että maailmankaikkeus alkoi uskomattoman pienenä ja laajeni sitten uskomattoman nopeasti. Voimme nähdä Ison räjähdyksen ”jälkivalon” jo tänään, kosmisen mikroaaltouunin taustasäteilyssä – jatkuvassa radioaaltovirrassa, joka tulee taivaan kaikista suunnista.
Sitten maailmankaikkeuden kohtalo , riippuu hyvin yksinkertaisesta kysymyksestä: jatkaako maailmankaikkeus laajenemista ja kuinka nopeasti?
Jos tavaraa on liikaa, maailmankaikkeus hidastuu ja pysähtyy
Jos universumissa on normaalia ”tavaraa”, kuten ainetta ja valoa, vastaus tähän kysymykseen riippuu siitä, kuinka paljon tavaraa on enemmän. Lisää tavaroita tarkoittaa enemmän painovoimaa, joka vetää kaiken takaisin yhteen ja hidastaa laajenemista.
Niin kauan kuin tavaroiden määrä ei ylitä kriittistä kynnystä, maailmankaikkeus laajenee ikuisesti, ja lopulta kärsivät lämpökuolemasta, jäätyvät.
Mutta jos tavaraa on liikaa, maailmankaikkeuden laajeneminen hidastuu ja pysähtyy. Sitten maailmankaikkeus alkaa supistua. Supistuva maailmankaikkeus kutistuu yhä pienemmäksi, kuumenee ja tiivistyy lopulta päättyen upeasti kompaktiin helvetiin, eräänlaiseen käänteiseen Big Bangiin, joka tunnetaan nimellä Big Crunch.
Suurimman osan 1900-luvusta astrofyysikot eivät olleet varmoja siitä, kumpi näistä skenaarioista toistaisi. Olisiko se Big Freeze tai Big Crunch? Jää vai tuli?
Tumma energia vetää maailmankaikkeuden erilleen
He yrittivät suorittaa kosminen väestönlaskenta laskemalla yhteen kuinka paljon tavaraa on universumissamme. Kävi ilmi, että olemme oudosti lähellä kriittistä kynnystä, jättäen kohtalomme epävarmaksi.
Kaikki muuttui 1900-luvun lopulla. Vuonna 1998 kaksi kilpailevaa astrofyysikkoryhmää ilmoitti hämmästyttävän ilmoituksen: maailmankaikkeuden laajeneminen nopeutuu.
Normaali aine ja energia eivät voi saada universumia käyttäytymään tällä tavalla. Tämä oli ensimmäinen todiste uudentyyppisestä energiasta, nimeltään ”pimeä energia”, joka ei käyttäytynyt kuin mikään muu kosmoksessa.
Tumma energia vetää maailmankaikkeuden erilleen. Emme vieläkään ”t ymmärrä mikä se on, mutta noin 70% maailmankaikkeuden energiasta on pimeää energiaa, ja tämä määrä kasvaa päivittäin.
Pimeän energian olemassaolo tarkoittaa, että tavaroiden määrä maailmankaikkeudessa ei ” Sen ei tarvitse määrittää sen lopullista kohtaloa.
Sen sijaan pimeä energia hallitsee maailmaa, kiihdyttäen maailmankaikkeuden laajenemista koko ajan. Tämä tekee Suuresta Crunchista vähemmän todennäköisen.
Mutta se ei tarkoita, että iso jäätyminen on väistämätöntä. Mahdollisuuksia on muitakin.
Yksi niistä on syntynyt, ei kosmosen tutkimisesta, vaan subatomisten hiukkasten maailmasta. Tämä on kenties omituisin kohtalo maailmankaikkeudelle. Se kuulostaa jotain tieteiskirjallisuudesta, ja tavallaan se onkin.
Kurt Vonnegutin klassisessa sci-fi-romaanissa Cat’s Cradle, ice-nine on uusi vesijään muoto. merkittävä ominaisuus: se jäätyy 46 ° C: ssa, ei 0 ° C: ssa. Kun yhdeksän jääkristalli pudotetaan lasilliseen vettä, kaikki sen ympärillä oleva vesi kuvioi itsensä välittömästi kiteen jälkeen, koska sillä on pienempi energia kuin nestemäisellä vedellä.
Jää ei ole missään alkamassa muodostua
Jää-yhdeksän uudet kiteet tekevät saman asian ympärillään olevalle vedelle , ja silmänräpäyksessä ketjureaktio muuttaa kaiken lasissa olevan veden – tai (spoilerihälytyksen!) kaikki maapallon valtameret – kiinteäksi jää-yhdeksäksi.
Sama asia voi tapahtuu todellisessa elämässä normaalin jään ja normaalin veden kanssa. Jos laitat hyvin puhdasta vettä erittäin puhtaaseen lasiin ja jäähdytät sen alle 0 ° C: seen, vesi jäähtyy liian hyvin: se pysyy nestemäisenä sen luonnollisen jäätymispisteen alapuolella. Vedessä ei ole epäpuhtauksia eikä lasissa ole karkeita laikkuja, joten jää ei voi alkaa muodostua. Mutta jos pudotat jääkiteen lasiin, vesi jäätyy nopeasti, aivan kuten jää-yhdeksän .
Jää-yhdeksä ja ylijäähdytetty vesi eivät ehkä näytä merkityksellisiä maailmankaikkeuden kohtalon kannalta, mutta jotain vastaavaa voi tapahtua itse avaruudelle.
Kvanttifysiikka sanelee sen jopa täysin tyhjässä tilassa. tyhjiössä on pieni määrä energiaa. Mutta saattaa olla myös jonkinlainen muunlainen tyhjiö, joka pitää vähemmän energiaa.
Uusi tyhjiö tulee ” muuntaa ”vanha tyhjiö sen ympärille.
Jos se on totta, koko maailmankaikkeus on kuin lasi ylijäähdytettyä vettä. Se kestää vain, kunnes pienemmän energian tyhjiön ”kupla” ilmestyy.
Onneksi ei ole sellaisia kuplia, joista olemme ”tietoisia”. Valitettavasti kvanttifysiikka sanelee myös, että jos alemman energian tyhjiö tyhjiö on mahdollinen, sitten tyhjiön kupla väistämättä väistää jonnekin maailmankaikkeudessa.
Kun näin tapahtuu, aivan kuten jää-yhdeksän, uusi tyhjiö ”muuntaa” vanhan tyhjiön sen ympärille. Kupla laajenisi melkein valon nopeudella, joten emme koskaan nähneet sen tulevan.
Kuplan sisällä asiat olisivat radikaalisti erilaiset eivätkä kovin vieraanvaraisia.
Ihmiset, planeetat ja jopa tähdet itse tuhoutuisivat
Perushiukkasten kuten elektronien ja kvarkkien ominaisuudet voisi olla täysin erilainen, uudelleenkirjoittamalla kemian säännöt radikaalisti ja ehkäistä atomien muodostumista.
Ihmiset, planeetat ja jopa tähdet itse tuhoutuisivat tässä suuressa muutoksessa. Vuonna 1980 julkaisussa fyysikot Sidney Coleman ja Frank de Luccia kutsuivat sitä ”lopulliseksi ekologiseksi katastrofiksi”.
Lisäämällä loukkauksia loukkaantumiseen, pimeä energia käyttäytyisi todennäköisesti eri tavalla Ison muutoksen jälkeen. Sen sijaan, että pimeä energia ajaisi maailmankaikkeutta laajentumaan nopeammin, se voi sen sijaan vetää maailmankaikkeuden itsensä sisään ja romahtaa suureksi murskaukseksi.
On olemassa neljäs mahdollisuus, ja jälleen kerran pimeä energia on keskellä. Tämä ajatus on hyvin spekulatiivinen ja epätodennäköinen, mutta sitä ei voida vielä sulkea pois. Pimeä energia voi olla jopa voimakkaampi kuin luulimme, ja se saattaa olla tarpeeksi maailmankaikkeuden lopettamiseksi yksin ilman mitään väliintuloa Big Change, Freeze tai Murskaus.
Pimeällä energialla on erikoinen ominaisuus. Kun maailmankaikkeus laajenee, sen tiheys pysyy vakiona. Tämä tarkoittaa sitä, että enemmän sitä syntyy ajan myötä pysyäkseen maailmankaikkeuden kasvavan määrän mukana. Tämä on epätavallinen, mutta ei riko mitään fysiikan lakeja.
Se voi kuitenkin tulla outommaksi. Entä jos pimeän energian tiheys kasvaa maailmankaikkeuden laajentuessa? Toisin sanoen, mitä jos pimeän energian määrä maailmankaikkeudessa kasvaa nopeammin kuin itse maailmankaikkeuden laajeneminen?
Tämän idean esitti Robert Caldwell Dartmouth Collegesta Hannoverissa New Hampshiressa. Hän kutsuu sitä ”fantomipimeäksi energiaksi”. Se johtaa maailmankaikkeuden kohtalokkaasti outoon kohteluun.
Jos on olemassa fantomin pimeää energiaa, niin pimeä puoli on lopullinen kaatumisemme, aivan kuten Tähtien sota varoitti.
Atomit itse hajoavat, murto-osan sekunnista ennen kuin maailmankaikkeus itse repeytyy
Juuri nyt, pimeän energian tiheys on hyvin pieni, paljon pienempi kuin aineen tiheys täällä Maan päällä tai jopa Linnunradan galaksin tiheys, joka on paljon vähemmän tiheä kuin Maan. Mutta ajan myötä fantom-tumman energian tiheys kasvaisi ja repäisi maailmankaikkeuden erilleen.
Vuonna 2003 julkaistussa Caldwell ja hänen kollegansa hahmottelivat skenaariota, jota he kutsuivat ”kosmiseksi tuomiopäiväksi”. Kun fantomin tumma energia muuttuu tiheämmäksi kuin tietty esine, kyseinen esine repeytyy murtumaan.
Ensinnäkin fantom-tumma energia vetää Linnunradan erilleen lähettämällä sen osatähdet lentämään. Tällöin aurinkokunta olisi sitoutumaton, koska pimeän energian vetovoima olisi voimakkaampi kuin auringon vetovoima maapallolla.
Lopuksi, maapallo räjähtäisi muutamassa kiihkeässä minuutissa. Sitten atomit hajoaisivat, murto-osan sekunnista ennen kuin maailmankaikkeus itse repi. Caldwell kutsuu tätä Big Ripiksi.
The Big Rip on Caldwellin omien tietojen mukaan ”erittäin outo” – eikä vain siksi, että se kuulostaa jotain ylhäältä tulevasta supersankarisarjasta.
Tämä on huomattavan synkkä muotokuva tulevaisuudesta
Phantom dark energy lentää maailmankaikkeutta koskevien melko perusajatusten edessä, kuten olettamus, että aine ja energia eivät voi mennä nopeammin kuin valon nopeus. On olemassa hyviä syitä olla uskomatta siihen.
Maailmankaikkeuden laajentumista koskevien havaintojemme ja hiukkasfysiikan kokeiden perusteella näyttää olevan paljon todennäköisempää, että maailmankaikkeutemme lopullinen kohtalo on iso pakastus, mahdollisesti seuraa iso muutos ja viimeinen iso murskaus.
Mutta tämä on huomattavan synkkä muotokuva tulevaisuudesta – kylmän tyhjyyden aeonit, jonka lopulta lopettaa tyhjiövaurio ja lopullinen tuhoutuminen olemattomuuteen. Onko paeta? Vai olemmeko tuomittuja varaamaan pöytä ravintolaan maailmankaikkeuden lopussa?
Meillä ei todellakaan ole syytä huolehtia yksilöllisesti maailmankaikkeuden lopusta. Kaikki nämä tapahtumat ovat biljoonia vuosia tulevaisuuteen, lukuun ottamatta suurta muutosta, joten ne eivät ole aivan välitön ongelma.
Ei ole myöskään syytä huolehtia ihmiskunnasta. Jos ei muuta, geneettinen ajelehtiminen on tehnyt jälkeläisistämme tunnistamattomia kauan sitten. Mutta voisiko kaikenlainen älykäs tunneolento, ihminen tai ei, selviytyä?
Jos universumi kiihtyy , nämä ”todella huonot uutiset
Fyysikko Freeman Dyson New Yorkin Princetonin Institute of Advanced Studies -instituutista tarkasteli tätä kysymystä klassisessa artikkelissa, joka julkaistiin vuonna 1979 Tuolloin hän päätyi siihen, että elämä voisi muuttaa itsensä selviytyäkseen Suuresta jäädytyksestä, joka oli hänen mielestään vähemmän haastava kuin Big Crunchin inferno.
Bu Nykyään hän on paljon vähemmän optimistinen, kiitos pimeän energian löytämisen.
”Jos maailmankaikkeus kiihtyy, se on todella huono uutinen”, Dyson sanoo. Laajentumisen kiihtyminen tarkoittaa, että ”lopulta menetämme kosketuksen kaikkiin paitsi kouralliseen galaksiin, mikä rajoittaa dramaattisesti käytettävissä olevaa energiaa.” Se on pitkällä aikavälillä melko surkea tilanne.
Tilanne voi vielä muuttua. ”Emme todellakaan tiedä, jatkuuko laajentuminen, koska emme ymmärrä miksi se kiihtyy”, sanoo Dyson. ”Optimistinen näkemys on, että kiihtyvyys hidastuu maailmankaikkeuden kasvaessa.” Jos se tapahtuu, ”tulevaisuus on paljon lupaavampi.”
Mutta entä jos laajentuminen ei hidastu tai jos käy selväksi, että iso muutos on tulossa?Jotkut fyysikot ovat ehdottaneet ratkaisua, joka on vakaasti hullun tiedemiehen alueella. Jotta pääsisimme maailmankaikkeuden lopusta, meidän tulisi rakentaa oma universumi laboratorioon ja hypätä sisään.
Yksi fyysikko, joka on työskennellyt tämän idean parissa, on Alan Guth MIT: stä Cambridgessa Massachusettsissa, joka tunnetaan hänen työstään hyvin varhaisessa maailmankaikkeudessa.
Aloitat aivan uuden maailmankaikkeuden luomisen
” En voi sanoa, että fysiikan lait tarkoittavat ehdottomasti, että se on mahdollista ”, Guth sanoo. ”Jos se on mahdollista, se vaatii tekniikkaa, joka on paljon enemmän kuin mitä voimme ennakoida. Se vaatii valtavia energiamääriä, jotka ihmisen on voitava hankkia ja hallita.”
Ensimmäinen askel Guthille, loisi uskomattoman tiheän aineen muodon – niin tiheän, että se oli romahtamisen mustana aukkona. Tekemällä sen oikealla tavalla ja poistamalla sitten asian nopeasti alueelta saatat pystyä pakottamaan kyseisen avaruusalueen aloittamaan laajenemisen nopeasti.
Itse asiassa aloitat täysin uuden maailmankaikkeuden luominen. Kun alueen tila laajeni, raja kutistui ja loi vääristyneen tilan kuplan, jonka sisäpuoli oli suurempi kuin ulkopuoli.
Se saattaa kuulostaa tutulta Doctor Who -faneilta, ja Guthin mukaan TARDIS on ”luultavasti erittäin tarkka analogia” sellaiselle avaruuden vääntymiselle, josta hän puhuu.
Emme todellakaan tiedä onko se ” s mahdollista tai ei
Lopulta ulkopuoli kutistuisi tyhjyyteen, ja uusi vauvauniversumi puristuisi omasta, säästyneenä kohtalostamme maailmankaikkeudessamme voi tavata.
Guth huomauttaa kuitenkin myös, että maailmankaikkeuden loppupuolella on toinen toivon lähde – no, sellainen toivo.
Guth ehdotti ensimmäisenä että hyvin varhainen maailmankaikkeus laajeni hämmästyttävän nopeasti pienen sekunnin murto-osan, idea, joka tunnetaan nimellä ”inflaatio”. Monet kosmologit uskovat nyt, että inflaatio on lupaavin tapa selittää varhaisen maailmankaikkeuden ja Guthin suunnitelma uuden maailmankaikkeuden luominen perustuu tämän nopean laajenemisen luomiseen.
Koko universumi on aidosti ikuinen
Inflaatiolla on kiehtova seuraus maailmankaikkeuden lopulliseen kohtaloon. Teorian sanotaan, että asuttu maailmankaikkeus on vain yksi pieni osa multiversumista, ikuisesti paisuva tausta kutee jatkuvasti omia kaltaisia ”taskuniversumeja”.
”Jos näin on, vaikka me ”olet vakuuttunut siitä, että yksittäinen taskuniversumi kuolee lopulta jäähdytyksen kautta, multiversumi kokonaisuutena elää ikuisesti, ja jokaisessa taskuniversumissa luodaan uusi elämä sen luomisen aikana”, Guth sanoo. ”Tässä kuvassa multiversumi kokonaisuutena on aidosti ikuinen, ainakin ikuinen tulevaisuuteen, vaikka yksittäiset taskuniversumit elävät ja kuolevat. ”
Toisin sanoen Franz Kafka on saattanut olla oikeassa rahassa, kun hän sanoi, että siellä on ”paljon toivoa, ääretön määrä toivoa – mutta ei meille.”
Tämä on vähän synkkä ajatus. Jos se häiritsee sinua, tässä on kuva söpöstä kissanpennusta.