Ikke få panikk, men planeten vår er dømt. Det tar bare litt tid. Omtrent 6 milliarder år fra nå vil Jorden sannsynligvis fordampes når den døende solen utvides til en rød gigant og innhyller planeten vår.
Men jorden er bare en planet i solsystemet, solen er bare en av hundrevis av milliarder stjerner i galaksen, og det er hundrevis av milliarder galakser i det observerbare universet. Hva venter på alt dette? Hvordan slutter universet?
Vitenskapen er mye mindre avgjort på hvordan det vil skje. Vi er ikke engang sikre på om universet vil komme til et fast, definert ende, eller bare sakte hale av. Vår beste forståelse av fysikk antyder at det er flere alternativer for den universelle apokalypsen. Det gir også noen hint om hvordan vi kanskje bare overlever det.
Vår første ledetråd til slutten av universet kommer fra termodynamikk, studiet av varme. Termodynamikk er den villøyede gatepredikanten i fysikk, og bærer et pappskilt med en enkel advarsel: «VARMEDØDEN KOMMER».
Varmedøden er langt verre enn å bli brent til et skarpt
Til tross for navnet, er universets varmedød ikke noe ildfullt inferno. I stedet er det død av alle forskjeller i varme.
Dette høres kanskje ikke skummelt ut, men varmedøden er langt verre enn å bli brent til en skarp. Det skyldes at nesten alt i hverdagen krever en slags temperaturforskjell, enten direkte eller indirekte.
For eksempel går bilen din fordi den er varmere inne i motoren enn utenfor. Datamaskinen din går på strøm fra det lokale kraftverket, som sannsynligvis fungerer ved å varme opp vann og bruke det til å drive en turbin. Og du kjører på mat, som eksisterer takket være den enorme temperaturforskjellen mellom solen og resten av universet.
Når universet når varmedød, vil imidlertid alt overalt være den samme temperaturen. Det betyr at ingenting interessant noen gang vil skje igjen.
Varmedød så ut som den eneste mulige måten universet kunne ende
Hver stjerne vil dø, nesten all materie vil forfalle, og til slutt er alt som er igjen en sparsom suppe av partikler og stråling. Selv energien i den suppen vil bli fjernet over tid av utvidelsen av universet, og etterlate alt bare en brøkdel av en grad over absolutt null.
I denne «Big Freeze» ender universet ensartet kaldt, dødt og tomt.
Etter utviklingen av termodynamikken tidlig på 1800-tallet så varmedød ut som den eneste mulige måten universet kunne ta slutt på. Men for 100 år siden antydet Albert Einsteins generelle relativitetsteori at universet hadde en langt mer dramatisk skjebne.
Generell relativitetsteori sier at materie og energi forvrenger rom og tid. Dette forholdet mellom romtid og materieenergi (ting) – mellom scenen og skuespillerne på den – strekker seg til hele universet. Ting i universet, ifølge Einstein, bestemmer den ultimate skjebnen til selve universet.
Universet begynte som noe utrolig lite, og utvidet seg utrolig raskt
Teorien forutsa at universet som et helheten må enten utvide seg eller trekke seg sammen. Den kunne ikke holde seg i samme størrelse. Einstein skjønte dette i 1917, og var så tilbakeholden med å tro det at han fudget sin egen teori.
Så i 1929, den amerikanske astronomen Edwin Hubble fant harde bevis for at universet utvidet seg. Einstein ombestemte seg og kalte sin tidligere insistering på en statisk universet den «største blunder» i karrieren hans.
Hvis universet utvides, må det en gang ha vært mye mindre enn det er nå. Denne erkjennelsen førte til Big Bang-teorien: ideen om at universet begynte som noe utrolig lite, og utvidet seg utrolig raskt. Vi kan se «etterglødet» av Big Bang selv i dag, i den kosmiske mikrobølgeovnens bakgrunnsstråling – en konstant strøm av radiobølger som kommer fra alle himmelretninger.
Universets skjebne, da , henger på et veldig enkelt spørsmål: vil universet fortsette å utvide seg, og hvor raskt?
Hvis det er for mye, vil utvidelsen av universet vil avta og stoppe
For et univers som inneholder normale «ting», som materie og lys, avhenger svaret på dette spørsmålet på hvor mye ting det er. Flere ting betyr mer tyngdekraft, som trekker alt sammen igjen og bremser utvidelsen.
Så lenge mengden ting ikke går over en kritisk terskel, vil universet fortsette å utvide seg for alltid, og til slutt lider varmedød, fryser ut.
Men hvis det er for mye, vil utvidelsen av universet avta og stoppe. Da vil universet begynne å trekke seg sammen. Et kontraherende univers vil krympe mindre og mindre, bli varmere og tettere, til slutt ender i et fabelaktig kompakt inferno, en slags omvendt Big Bang kjent som Big Crunch.
I det meste av 1900-tallet var astrofysikere ikke sikre på hvilke av disse scenariene som ville spille ut. Ville det være Big Freeze eller Big Crunch? Is eller ild?
Mørk energi trekker universet fra hverandre
De prøvde å utføre en kosmisk folketelling, og legge sammen hvor mye ting det er i vårt univers. Det viste seg at vi «er underlig nær den kritiske terskelen, og lar skjebnen vår være usikker.
Alt dette endret seg på slutten av det 20. århundre. I 1998 kom to konkurrerende team av astrofysikere med en forbløffende kunngjøring: utvidelsen av universet påskynder.
Normal materie og energi kan ikke få universet til å oppføre seg på denne måten. Dette var det første beviset på en fundamentalt ny type energi, kalt «mørk energi», som ikke oppførte seg som noe annet i kosmos.
Mørk energi trekker universet fra hverandre. Vi fremdeles ikke forstå hva det er, men omtrent 70% av energien i universet er mørk energi, og antallet vokser hver dag.
Eksistensen av mørk energi betyr at mengden ting i universet ikke » t får bestemme den ultimate skjebnen.
I stedet kontrollerer mørk energi kosmos, og akselererer utvidelsen av universet for all tid. Dette gjør Big Crunch mye mindre sannsynlig.
Men det betyr ikke at Big Freeze er uunngåelig. Det er andre muligheter.
En av dem har sin opprinnelse, ikke i studiet av kosmos, men i verden av subatomære partikler. Dette er kanskje den underligste skjebnen for universet. Det høres ut som noe ut av science fiction, og det er det på en måte.
I Kurt Vonneguts klassiske sci-fi-roman Cat’s Cradle er ice-ni en ny form for vannis med en bemerkelsesverdig egenskap: den fryser ved 46 ° C, ikke ved 0 ° C. Når en krystall av is-ni blir droppet ned i et glass vann, mønstrer alt vannet rundt seg umiddelbart etter krystallet, siden det har lavere energi enn flytende vann.
Det er ingen steder for isen å begynne å danne seg
De nye krystallene av is-ni gjør det samme med vannet rundt dem , og i løpet av et øyeblikk gjør kjedereaksjonen alt vannet i glasset – eller (spoilervarsel!) alle jordens hav – til fast is-ni.
Det samme kan skje i det virkelige liv med vanlig is og normalt vann. Hvis du legger veldig rent vann i et veldig rent glass, og kjøler det rett under 0 ° C, blir vannet superkjølt: det holder seg flytende under dets naturlige frysepunkt. Det er ingen urenheter i vannet og ingen grove flekker på glasset, så det er ingen steder for isen å begynne å danne seg. Men hvis du slipper en iskrystall i glasset, vil vannet fryse raskt, akkurat som is-ni .
Is-ni og superkjølt vann virker kanskje ikke relevante for skjebnen til universet. Men noe lignende kan skje med selve rommet.
Kvantefysikk dikterer at selv i en helt tom vakuum, det er en liten mengde energi. Men det kan også være noe annet slags vakuum som holder mindre energi.
Det nye vakuumet vil » konverter «det gamle vakuumet rundt det
Hvis det stemmer, så er hele universet som et glass superkjølt vann. Det vil bare vare til en «boble» med vakuum med lavere energi dukker opp.
Heldigvis er det ingen slike bobler som vi er klar over. Dessverre dikterer kvantefysikk også at hvis en lavere energi vakuum er mulig, så vil en boble av det vakuumet uunngåelig pile til eksistens et sted i universet.
Når det skjer, akkurat som is-ni, vil det nye vakuumet «konvertere» det gamle vakuumet rundt det. Boblen ville utvide seg med nesten lysets hastighet, så vi ville aldri se den komme.
Inne i boblen ville ting være radikalt annerledes, og ikke veldig gjestfrie.
Mennesker, planeter og til og med stjernene i seg selv ville bli ødelagt
Egenskapene til grunnleggende partikler som elektroner og kvarker kan være helt annerledes, og omskrive kjemiske regler radikalt og kanskje forhindre atomer dannes.
Mennesker, planeter og til og med stjernene selv ville bli ødelagt i denne store forandringen. I en artikkel fra 1980 kalte fysikerne Sidney Coleman og Frank de Luccia det «den ultimate økologiske katastrofen».
Å legge fornærmelse mot skade, ville mørk energi trolig oppføre seg annerledes etter den store endringen. I stedet for å drive universet til å ekspandere raskere, kan mørk energi i stedet trekke universet inn i seg selv og kollapse i en stor knase.
Det er en fjerde mulighet, og igjen er mørk energi i sentrum. Denne ideen er veldig spekulativ og usannsynlig, men den kan ennå ikke utelukkes. Mørk energi kan være enda kraftigere enn vi trodde, og kan være nok til å avslutte universet alene, uten å gripe inn i stor forandring, fryse eller Knusing.
Mørk energi har en spesiell egenskap. Når universet utvides, forblir dens tetthet konstant. Det betyr at mer av det kommer til å eksistere over tid, for å holde tritt med det økende volumet i universet. Dette er uvanlig, men bryter ikke noen fysiske lover.
Det kan imidlertid bli merkeligere. Hva om tettheten av mørk energi øker når universet utvides? Med andre ord, hva om mengden mørk energi i universet øker raskere enn utvidelsen av selve universet?
Denne ideen ble fremmet av Robert Caldwell fra Dartmouth College i Hanover, New Hampshire. Han kaller det «fantom mørk energi». Det fører til en bemerkelsesverdig merkelig skjebne for universet.
Hvis fantom mørk energi eksisterer, er den mørke siden vår ultimate undergang, akkurat som Star Wars advarte oss om at det ville være.
Atomer selv ville knuste, et brøkdel av et sekund før universet selv rev fra hverandre
Akkurat nå, tettheten av mørk energi er veldig lav, langt mindre enn tettheten av materie her på jorden, eller til og med tettheten til Melkeveisgalaksen, som er mye mindre tett enn jorden. Men etter hvert som tettheten av fantom mørk energi ville bygge seg opp, og rive universet fra hverandre.
I et papir fra 2003 skisserte Caldwell og hans kolleger et scenario de kalte «kosmisk dommedag». Når den fantom-mørke energien blir tettere enn en bestemt gjenstand, blir den gjenstanden revet i filler.
Først vil fantom-mørk energi trekke Melkeveien fra hverandre og sende dens bestanddeler som flyr. Da ville solsystemet være ubundet, fordi trekk av mørk energi ville være sterkere enn solens trekk på jorden.
Til slutt, i løpet av noen hektiske minutter, ville jorden eksplodere. Da knuste atomene seg, en brøkdel av et sekund før universet selv rev fra hverandre. Caldwell kaller dette Big Rip.
The Big Rip er, etter Caldwells egen innrømmelse, «veldig outlandish» – og ikke bare fordi det høres ut som noe ut av en superhelt tegneserie.
Dette er et bemerkelsesverdig dystre portrett av fremtiden
Phantom dark energy flyr i møte med noen ganske grunnleggende ideer om universet, som antagelsen om at materie og energi ikke kan gå raskere enn lysets hastighet. Det er gode grunner til ikke å tro på det.
Basert på våre observasjoner av utvidelsen av universet, og partikkelfysikkeksperimenter, virker det mye mer sannsynlig at den ultimate skjebnen til vårt univers er en Big Freeze, muligens etterfulgt av en stor forandring og en endelig stor knase.
Men dette er et bemerkelsesverdig dystert portrett av fremtiden – eoner av kald tomhet, til slutt avsluttet av et vakuumråte og en endelig implosjon i ingenting. Er det noen flukt? Eller er vi dømt til å bestille bord på restauranten ved enden av universet?
Det er absolutt ingen grunn til at vi hver for oss skal bekymre oss for universets slutt. Alle disse hendelsene er billioner av år inn i fremtiden, med mulig unntak av den store endringen, så de er ikke akkurat et nært forestående problem.
Det er heller ingen grunn til å bekymre seg for menneskeheten. Hvis ikke noe annet, genetisk drift vil ha gjort våre etterkommere ugjenkjennelige lenge før da. Men kunne intelligente følelsesdyr av noe slag, mennesker eller ikke, overleve?
Hvis universet akselererer , at «s virkelig dårlige nyheter
Fysiker Freeman Dyson fra Institute for Advanced Studies i Princeton, New Jersey vurderte dette spørsmålet i et klassisk papir utgitt i 1979 På den tiden konkluderte han med at livet kunne modifisere seg for å overleve Big Freeze, som han mente var mindre utfordrende enn infernoet til Big Crunch.
Bu I disse dager er han mye mindre optimistisk takket være oppdagelsen av mørk energi.
«Hvis universet akselererer, er det virkelig dårlige nyheter,» sier Dyson. Akselererende ekspansjon betyr at vi til slutt mister kontakten med alle bortsett fra en håndfull galakser, noe som dramatisk begrenser mengden tilgjengelig energi. «Det er en ganske dyster situasjon i det lange løp.»
Situasjonen kan fremdeles endre. «Vi vet egentlig ikke om utvidelsen kommer til å fortsette siden vi ikke forstår hvorfor den akselererer,» sier Dyson. «Det optimistiske synet er at akselerasjonen vil avta etter hvert som universet blir større.» Hvis det skjer, «fremtiden er mye mer lovende.»
Men hva om utvidelsen ikke bremser, eller hvis det blir klart at den store forandringen kommer?Noen fysikere har foreslått en løsning som er solid i gal vitenskapelig territorium. For å unnslippe universets ende, bør vi bygge vårt eget univers i et laboratorium og hoppe inn.
En fysiker som har jobbet med denne ideen er Alan Guth fra MIT i Cambridge, Massachusetts, som er kjent for hans arbeid med det veldig tidlige universet.
Du vil starte opprettelsen av et helt nytt univers
» Jeg kan ikke si at fysikkens lover absolutt innebærer at det er mulig, «sier Guth. «Hvis det er mulig, vil det kreve teknologi som er langt utover alt vi kan forutse. Det vil kreve enorme mengder energi som man trenger for å kunne skaffe og kontrollere.»
Det første trinnet, ifølge til Guth, ville skape en utrolig tett form av materie – så tett at den var på randen av å kollapse i et svart hull. Ved å gjøre det på riktig måte, og deretter raskt fjerne saken ut av området, kan du kanskje tvinge den regionen av rommet til å begynne å utvide seg raskt.
I realiteten vil du hoppe i gang skapelse av et helt nytt univers. Etter hvert som rommet i regionen utvidet seg, ville grensen krympe og skape en boble av skjevt rom der innsiden var større enn utsiden.
Det høres kanskje kjent ut for Doctor Who-fansen, og ifølge Guth, TARDIS er «sannsynligvis en veldig nøyaktig analogi» for den slags vridning av rommet han snakker om.
Vi vet ikke virkelig om det » s mulig eller ikke
Til slutt ville utsiden krympe til ingenting, og det nye babyuniverset ville klemme seg fra vårt eget, spart for uansett skjebne vårt univers kan møte.
Guth påpeker imidlertid også at det er en annen kilde til håp utover slutten av universet – vel, håp om en slags.
Guth var den første som foreslo at det veldig tidlige universet utvidet seg utrolig raskt i en liten brøkdel av et sekund, en idé kjent som «inflasjon». Mange kosmologer mener nå at inflasjon er den mest lovende tilnærmingen for å forklare det tidlige universet, og Guths plan for å skape et nytt univers er avhengig av å gjenskape denne raske utvidelsen.
Multiverset som helhet er virkelig evig
Inflasjon har en spennende konsekvens for den ultimate skjebnen til universet. Teorien dikterer at universet vi lever er bare en liten del av et multivers, med en evig oppblåsende bakgrunn som kontinuerlig gyter «lommeunivers» som vår egen.
«Hvis det er tilfelle, selv om vi «er overbevist om at et individuelt lommeunivers til slutt vil dø gjennom kjøling, vil multiverset som helhet fortsette å leve for alltid, med nytt liv som blir skapt i hvert lommeunivers som det er skapt,» sier Guth. «I dette bildet er multiverset som helhet er virkelig evig, i det minste evig inn i fremtiden, selv om individuelle lommeunivers lever og dør. «
Med andre ord kan Franz Kafka ha hatt rett på pengene da han sa at der er «rikelig med håp, uendelig mye håp – men ikke for oss.»
Dette er litt dyster tanke. Hvis det opprører deg, er her et bilde av en søt kattunge.