Niente panico, ma il nostro pianeta è condannato. Ci vorrà un po ‘di tempo. Tra 6 miliardi di anni circa, la Terra sarà probabilmente vaporizzata quando il Sole morente si espanderà in una gigante rossa e inghiottirà il nostro pianeta.
Ma la Terra è solo un pianeta nel sistema solare, il Sole è solo una delle centinaia di miliardi di stelle nella galassia e ci sono centinaia di miliardi di galassie nell’universo osservabile. Cosa c’è in serbo per tutto questo? Come finirà l’universo?
La scienza è molto meno decisa su come ciò accadrà. Non siamo nemmeno sicuri che l’universo arriverà a un’azienda, fine definita, o semplicemente si interrompe lentamente. La nostra migliore comprensione della fisica suggerisce che ci sono diverse opzioni per l’apocalisse universale. Offre anche alcuni suggerimenti su come potremmo, solo forse, sopravvivere.
Il nostro primo indizio sulla fine dell’universo viene dalla termodinamica, lo studio del calore. La termodinamica è il predicatore di fisica stravagante, che porta un cartello di cartone con un semplice avvertimento: “THE HEAT DEATH IS COMING”.
The heat death è molto peggio che essere bruciati fino a diventare un croccante
Nonostante il nome, la morte per calore dell’universo non è “un inferno infuocato. Invece, è il morte di tutte le differenze di calore.
Potrebbe non sembrare spaventoso, ma la morte per calore è di gran lunga peggiore dell’essere bruciati fino a diventare croccanti. Questo perché quasi tutto nella vita di tutti i giorni richiede un qualche tipo di differenza di temperatura, direttamente o indirettamente.
Ad esempio, la tua auto funziona perché è più calda all’interno del motore che all’esterno. Il tuo computer funziona con l’elettricità della centrale elettrica locale, che probabilmente funziona riscaldando l’acqua e utilizzandola per alimentare una turbina. E corri con il cibo, che esiste grazie all’enorme differenza di temperatura tra il Sole e il resto dell’universo.
Tuttavia, una volta che l’universo raggiunge la morte per calore, tutto ovunque avrà la stessa temperatura. Ciò significa che non accadrà mai più nulla di interessante.
La morte per calore sembrava l’unico modo possibile per far finire l’universo
Ogni stella morirà, quasi tutta la materia decadrà e alla fine tutto ciò che rimarrà sarà una sparsa zuppa di particelle e radiazioni. Anche l’energia di quella zuppa sarà indebolita nel tempo dall’espansione dell’universo, lasciando tutto solo una frazione di grado sopra lo zero assoluto.
In questo “Big Freeze”, l’universo finisce in modo uniforme freddo, morto e vuoto.
Dopo lo sviluppo della termodinamica all’inizio del 1800, la morte per calore sembrava l’unico modo possibile in cui l’universo poteva finire. Ma 100 anni fa, la teoria della relatività generale di Albert Einstein suggeriva che l’universo avesse un destino molto più drammatico.
La relatività generale dice che la materia e l’energia alterano lo spazio e il tempo. Questa relazione tra spazio-tempo e materia-energia (roba) – tra il palcoscenico e gli attori su di esso – si estende all’intero universo. Le cose nell’universo, secondo Einstein, determinano il destino ultimo dell’universo stesso.
L’universo è iniziato come qualcosa di incredibilmente piccolo e poi si è espanso incredibilmente rapidamente
La teoria prevedeva che l’universo come un il tutto deve essere in espansione o in contrazione. Non poteva rimanere della stessa dimensione. Einstein se ne rese conto nel 1917, ed era così riluttante a crederci che falsificò la propria teoria.
Poi nel 1929, l’astronomo americano Edwin Hubble ha trovato prove concrete che l’universo si stava espandendo. Einstein cambiò idea, chiamando la sua precedente insistenza su una statica universo il “più grande errore” della sua carriera.
Se l’universo si sta espandendo, deve essere stato un tempo molto più piccolo di quanto non sia adesso. Questa consapevolezza ha portato alla teoria del Big Bang: l’idea che l’universo sia iniziato come qualcosa di incredibilmente piccolo e poi si è espanso incredibilmente rapidamente. Possiamo vedere il “bagliore residuo” del Big Bang anche oggi, nella radiazione cosmica di fondo delle microonde – un flusso costante di onde radio, provenienti da tutte le direzioni nel cielo.
Il destino dell’universo, allora , fa perno su una domanda molto semplice: l’universo continuerà ad espandersi e quanto velocemente?
Se ci sono troppe cose, l’espansione del l’universo rallenterà e si fermerà
Per un universo contenente “cose” normali, come materia e luce, la risposta a questa domanda dipende da quanta roba c’è. Più cose significa più gravità, che riunisce tutto e rallenta l’espansione.
Finché la quantità di cose non supererà una soglia critica, l’universo continuerà ad espandersi per sempre, e alla fine subiscono la morte per calore, congelando.
Ma se ci sono troppe cose, l’espansione dell’universo rallenterà e si fermerà. Quindi l’universo inizierà a contrarsi. Un universo in contrazione si rimpicciolirà sempre più, diventando più caldo e più denso, alla fine finendo in un inferno favolosamente compatto, una sorta di Big Bang inverso noto come Big Crunch.
Per la maggior parte del 20 ° secolo, gli astrofisici non erano sicuri di quale di questi scenari si sarebbe svolto. Sarebbe il Big Freeze o il Big Crunch? Ghiaccio o fuoco?
L’energia oscura separa l’universo
Ci hanno provato per eseguire un censimento cosmico, sommando quanta roba c’è nel nostro universo. Si è scoperto che “siamo stranamente vicini alla soglia critica, lasciando incerto il nostro destino.
Tutto è cambiato alla fine del XX secolo. Nel 1998, due squadre di astrofisici in competizione hanno fatto un annuncio sorprendente: l’espansione dell’universo sta accelerando.
La materia e l’energia normali non possono far sì che l’universo si comporti in questo modo. Questa è stata la prima prova di un tipo di energia fondamentalmente nuovo, soprannominato “energia oscura”, che non si comportava come qualsiasi altra cosa nel cosmo.
L’energia oscura separa l’universo. Ancora non lo facciamo. capire cos’è, ma circa il 70% dell’energia nell’universo è energia oscura e quel numero cresce ogni giorno.
L’esistenza dell’energia oscura significa che la quantità di cose nell’universo non lo fa ” t arrivare a determinare il suo destino finale.
Invece, l’energia oscura controlla il cosmo, accelerando l’espansione dell’universo per sempre. Questo rende il Big Crunch molto meno probabile.
Ma questo non significa che il Big Freeze sia inevitabile. Ci sono altre possibilità.
Una di queste ha avuto origine non nello studio del cosmo, ma nel mondo delle particelle subatomiche. Questo è forse il destino più strano per l’universo. Sembra uscito dalla fantascienza, e in un certo senso lo è.
Nel classico romanzo di fantascienza di Kurt Vonnegut Cat “s Cradle, ice-nine è una nuova forma di acqua ghiacciata con una proprietà notevole: gela a 46 ° C, non a 0 ° C. Quando un cristallo di ghiaccio nove viene lasciato cadere in un bicchiere d’acqua, tutta l’acqua intorno ad esso si configura immediatamente dopo il cristallo, poiché ha un’energia inferiore rispetto all’acqua liquida.
Non c’è un posto dove possa iniziare la formazione del ghiaccio
I nuovi cristalli di ghiaccio-nove fanno la stessa cosa con l’acqua che li circonda e in un batter d’occhio, la reazione a catena trasforma tutta l’acqua nel bicchiere – o (allarme spoiler!) tutti gli oceani della Terra – in un solido ghiaccio nove.
La stessa cosa può accadere nella vita reale con ghiaccio normale e acqua normale. Se metti acqua molto pura in un bicchiere molto pulito e lo raffreddi appena sotto 0 ° C, l’acqua diventerà super raffreddata: rimane liquida al di sotto del suo punto di congelamento naturale. Non ci sono impurità nell’acqua e non ci sono zone ruvide sul vetro, quindi non c’è nessun posto dove il ghiaccio possa iniziare a formarsi. Ma se lasci cadere un cristallo di ghiaccio nel bicchiere, l’acqua si congelerà rapidamente, proprio come il ghiaccio nove .
Il ghiaccio nove e l’acqua super raffreddata potrebbero non sembrare rilevanti per il destino dell’universo. Ma qualcosa di simile potrebbe accadere allo spazio stesso.
La fisica quantistica impone che anche in un ambiente completamente vuoto vuoto, c’è una piccola quantità di energia. Ma potrebbe esserci anche un altro tipo di vuoto, che trattiene meno energia.
Il nuovo vuoto lo farà ” converti “il vecchio aspirapolvere attorno ad esso
Se questo è vero, allora l’intero universo è come un bicchiere di acqua super raffreddata. Durerà solo fino a quando non si manifesterà una “bolla” di vuoto a bassa energia.
Fortunatamente, non ci sono bolle di questo tipo di cui siamo “consapevoli. Sfortunatamente, la fisica quantistica impone anche che se un il vuoto è possibile, quindi una bolla di quel vuoto balzerà inevitabilmente all’esistenza da qualche parte nell’universo.
Quando ciò accadrà, proprio come il ghiaccio nove, il nuovo vuoto “convertirà” il vecchio vuoto attorno ad esso. La bolla si espanderebbe quasi alla velocità della luce, quindi “non l’avremmo mai vista arrivare.
All’interno della bolla, le cose sarebbero radicalmente diverse e non terribilmente ospitali.
Gli esseri umani, i pianeti e persino le stelle stesse verrebbero distrutti
Le proprietà delle particelle fondamentali come elettroni e quark potrebbe essere completamente diverso, riscrivendo radicalmente le regole della chimica e forse impedendo la formazione di atomi.
Gli esseri umani, i pianeti e persino le stelle stesse verrebbero distrutti in questo grande cambiamento. In un articolo del 1980, i fisici Sidney Coleman e Frank de Luccia l’hanno definita “l’ultima catastrofe ecologica”.
Aggiungendo la beffa al danno, l’energia oscura si comporterebbe probabilmente in modo diverso dopo il Grande Cambiamento. Invece di spingere l’universo ad espandersi più velocemente, l’energia oscura potrebbe invece trascinare l’universo su se stesso, collassando in un Big Crunch.
Esiste una quarta possibilità e ancora una volta l’energia oscura è al centro della scena. Questa idea è molto speculativa e improbabile, ma non può ancora essere esclusa. L’energia oscura potrebbe essere ancora più potente di quanto pensassimo e potrebbe essere sufficiente per porre fine all’universo da solo, senza che intervengano Grandi Cambiamenti, Congelamenti o Crunch.
L’energia oscura ha una proprietà peculiare. Man mano che l’universo si espande, la sua densità rimane costante. Ciò significa che più di essa si manifesta nel tempo, per tenere il passo con il volume crescente dell’universo. Questo è insolito, ma non infrange nessuna legge della fisica.
Tuttavia, potrebbe diventare più strano. E se la densità dell’energia oscura aumentasse con l’espansione dell’universo? In altre parole, cosa succederebbe se la quantità di energia oscura nell’universo aumentasse più rapidamente dell’espansione dell’universo stesso?
Questa idea è stata avanzata da Robert Caldwell del Dartmouth College di Hanover, New Hampshire. La chiama “energia oscura fantasma”. Conduce a un destino straordinariamente strano per l’universo.
Se esiste l’energia oscura fantasma, il lato oscuro è la nostra ultima rovina, proprio come ci aveva avvertito Star Wars.
Gli atomi stessi si frantumerebbero, una frazione di secondo prima che l’universo stesso andasse in pezzi
In questo momento, la densità dell’energia oscura è molto bassa, molto inferiore alla densità della materia qui sulla Terra, o anche alla densità della Via Lattea, che è molto meno densa della Terra. Ma col passare del tempo, la densità dell’energia oscura fantasma si sarebbe accumulata e avrebbe fatto a pezzi l’universo.
In un articolo del 2003, Caldwell e i suoi colleghi hanno delineato uno scenario che hanno chiamato “giorno del giudizio cosmico”. Una volta che l’energia oscura fantasma diventa più densa di un oggetto particolare, quell’oggetto viene fatto a pezzi.
Innanzitutto, l’energia oscura fantasma separerebbe la Via Lattea, mandando in volo le sue stelle costituenti. Quindi il sistema solare sarebbe slegato, perché l’attrazione dell’energia oscura sarebbe più forte dell’attrazione del Sole sulla Terra.
Infine, in pochi frenetici minuti la Terra esploderà. Quindi gli atomi stessi si frantumerebbero, una frazione di secondo prima che l’universo stesso si squarciasse. Caldwell lo chiama Big Rip.
The Big Rip è, per stessa ammissione di Caldwell, “molto stravagante” – e non solo perché suona come qualcosa uscito da un fumetto di supereroi esagerato.
Questo è un ritratto straordinariamente cupo del futuro
Energia oscura fantasma va contro alcune idee abbastanza basilari sull’universo, come l’assunto che la materia e l’energia non possano andare più veloci della velocità della luce. Ci sono buone ragioni per non crederci.
Sulla base delle nostre osservazioni sull’espansione dell’universo e sugli esperimenti di fisica delle particelle, sembra molto più probabile che il destino finale del nostro universo sia un grande congelamento, probabilmente seguito da un grande cambiamento e da un grande crunch finale.
Ma questo è un ritratto straordinariamente cupo del futuro: eoni di freddo vuoto, finalmente terminato da un decadimento del vuoto e da un’implosione finale nel nulla. C’è qualche via di fuga? O siamo condannati a prenotare un tavolo al ristorante alla fine dell’universo?
Non c’è certo motivo per noi, individualmente, di preoccuparci della fine dell’universo. Tutti questi eventi sono trilioni di anni nel futuro, con la possibile eccezione del Grande Cambiamento, quindi “non sono esattamente un problema imminente.
Inoltre, non c’è motivo di preoccuparsi per l’umanità. Se non altro, genetica la deriva avrebbe reso i nostri discendenti irriconoscibili molto prima di allora. Ma potrebbero sopravvivere creature intelligenti di qualsiasi tipo, umane o no?
Se l’universo sta accelerando , questa “è davvero una brutta notizia
Il fisico Freeman Dyson dell’Institute for Advanced Studies di Princeton, New Jersey, ha considerato questa domanda in un articolo classico pubblicato nel 1979 A quel tempo, concluse che la vita poteva modificarsi per sopravvivere al Big Freeze, che riteneva meno impegnativo dell’inferno del Big Crunch.
Bu In questi giorni, è molto meno ottimista, grazie alla scoperta dell’energia oscura.
“Se l’universo sta accelerando, questa è” una brutta notizia “, dice Dyson. Accelerare l’espansione significa che alla fine perderemo il contatto con tutte tranne una manciata di galassie, limitando drasticamente la quantità di energia a nostra disposizione. “È” una situazione piuttosto triste a lungo termine “.
La situazione potrebbe ancora cambiare. “Non sappiamo davvero se l’espansione continuerà poiché non capiamo perché sta accelerando”, dice Dyson. “La visione ottimistica è che l’accelerazione rallenterà man mano che l’universo si ingrandisce.” “il futuro è molto più promettente”.
Ma cosa succede se l’espansione non rallenta o se diventa chiaro che il Grande Cambiamento sta arrivando?Alcuni fisici hanno proposto una soluzione che è solidamente nel territorio degli scienziati pazzi. Per sfuggire alla fine dell’universo, dovremmo costruire il nostro universo in un laboratorio e saltare dentro.
Un fisico che ha lavorato a questa idea è Alan Guth del MIT di Cambridge, Massachusetts, che è noto per il suo lavoro sull’universo primordiale.
Avvieresti subito la creazione di un universo completamente nuovo
” Non posso “dire che le leggi della fisica implichino assolutamente che sia” possibile “, dice Guth. “Se fosse possibile, richiederebbe una tecnologia molto al di là di qualsiasi cosa possiamo prevedere. Richiederebbe enormi quantità di energia che si dovrebbero essere in grado di ottenere e controllare.”
Il primo passo, secondo per Guth, avrebbe creato una forma di materia incredibilmente densa, così densa che era sul punto di collassare in un buco nero. Facendo ciò nel modo giusto e quindi eliminando rapidamente la questione dall’area, potresti essere in grado di forzare quella regione di spazio ad espandersi rapidamente.
In effetti, faresti ripartire creazione di un universo completamente nuovo. Man mano che lo spazio nella regione si espandeva, il confine si restringeva, creando una bolla di spazio deformato in cui l’interno era più grande dell’esterno.
Ciò potrebbe suonare familiare ai fan di Doctor Who e, secondo Guth, il TARDIS è “probabilmente un’analogia molto accurata” per il tipo di deformazione dello spazio di cui sta parlando.
Non “sappiamo davvero se” È possibile o no
Alla fine, l’esterno si ridurrebbe al nulla e il nuovo universo del bambino si staccerebbe dal nostro, risparmiato da qualunque destino il nostro universo possono incontrarsi.
Tuttavia, Guth sottolinea anche che c’è un’altra fonte di speranza oltre la fine dell’universo, beh, una sorta di speranza.
Guth fu il primo a proporre che il primissimo universo si espanse sorprendentemente velocemente per una minuscola frazione di secondo, un’idea nota come “inflazione”. Molti cosmologi ora credono che l’inflazione sia l’approccio più promettente per spiegare l’universo primordiale, e il piano di Guth per creare un nuovo universo si basa sul ricreare questa rapida espansione.
Il multiverso nel suo insieme è veramente eterno
L’inflazione ha una conseguenza intrigante per il destino finale dell’universo. La teoria impone che l’universo in cui viviamo sia solo una piccola parte di un multiverso, con uno sfondo che si gonfia eternamente che genera continuamente “universi tascabili” come il nostro.
“Se è così, anche se noi “Sono convinto che un universo tascabile individuale alla fine morirà attraverso la refrigerazione, il multiverso nel suo insieme continuerà a vivere per sempre, con una nuova vita creata in ogni universo tascabile così come è stato creato”, dice Guth. “In questa immagine, il il multiverso nel suo insieme è veramente eterno, almeno eterno nel futuro, anche se i singoli universi tascabili vivono e muoiono. “
In altre parole, Franz Kafka potrebbe aver avuto ragione quando ha detto che lì è “molta speranza, una quantità infinita di speranza, ma non per noi”.
Questo è un pensiero un po ‘cupo. Se ti turba, ecco la foto di un simpatico gattino.