Geen paniek, maar onze planeet is gedoemd. Het zal even duren. Ongeveer 6 miljard jaar vanaf nu zal de aarde waarschijnlijk verdampen wanneer de stervende zon zich uitbreidt tot een rode reus en onze planeet overspoelt.
Maar de aarde is slechts één planeet in het zonnestelsel, de zon is gewoon een van de honderden miljarden sterren in de melkweg, en er zijn honderden miljarden sterrenstelsels in het waarneembare universum. Wat staat dat allemaal te wachten? Hoe eindigt het universum?
De wetenschap is veel minder vastbesloten over hoe dat zal gebeuren. We weten niet eens zeker of het universum een vaste, gedefinieerd einde, of gewoon langzaam afsterven. Ons beste begrip van de natuurkunde suggereert dat er verschillende opties zijn voor de universele apocalyps. Het geeft ook enkele hints over hoe we het misschien zouden kunnen overleven.
Onze eerste aanwijzing voor het einde van het universum komt van thermodynamica, de studie van warmte. Thermodynamica is de wildogige straatprediker van de natuurkunde, met een kartonnen bord met een eenvoudige waarschuwing: “THE HEAT DEATH IS COMING”.
The heat death is veel erger dan verbrand te worden.
Ondanks de naam is de hitte-dood van het universum niet “een vurig inferno. In plaats daarvan is het de dood van alle verschillen in hitte.
Dit klinkt misschien niet eng, maar de hitte-dood is veel erger dan verbrand worden. Dat komt omdat bijna alles in het dagelijks leven een bepaald temperatuurverschil vereist, direct of indirect.
Uw auto rijdt bijvoorbeeld omdat hij binnen in de motor heter is dan buiten. Uw computer werkt op elektriciteit van de plaatselijke energiecentrale, die waarschijnlijk werkt door water te verwarmen en dat te gebruiken om een turbine van stroom te voorzien. En je rent op voedsel, dat bestaat dankzij het enorme temperatuurverschil tussen de zon en de rest van het universum.
Maar als het universum eenmaal de hittedood bereikt, zal alles overal dezelfde temperatuur hebben. Dat betekent dat er nooit meer iets interessants zal gebeuren.
Hittedood leek de enige mogelijke manier waarop het universum kon eindigen
Elke ster zal sterven, bijna alle materie zal vergaan, en uiteindelijk blijft er alleen een dunne soep van deeltjes en straling over. Zelfs de energie van die soep zal in de loop van de tijd worden onderdrukt door de uitbreiding van het universum, waardoor alles slechts een fractie van een graad boven het absolute nulpunt blijft.
In deze “Big Freeze” eindigt het universum uniform koud, dood en leeg.
Na de ontwikkeling van de thermodynamica in het begin van de 19e eeuw leek warmtedood de enige mogelijke manier waarop het universum kon eindigen. Maar 100 jaar geleden suggereerde de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein dat het universum een veel dramatischer lot had ondergaan.
De algemene relativiteitstheorie zegt dat materie en energie ruimte en tijd vervormen. Deze relatie tussen ruimte-tijd en materie-energie (spul) – tussen het podium en de acteurs erop – strekt zich uit over het hele universum. Het spul in het universum bepaalt volgens Einstein het uiteindelijke lot van het universum zelf.
Het universum begon als iets ongelooflijk kleins, en groeide toen ongelooflijk snel
De theorie voorspelde dat het universum een Het geheel moet ofwel uitzetten of krimpen. Het kon niet dezelfde grootte blijven. Einstein realiseerde zich dit in 1917 en was zo terughoudend om het te geloven dat hij zijn eigen theorie verziekte.
Toen, in 1929, de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble vond hard bewijs dat het universum zich uitbreidde. Einstein veranderde van gedachten en noemde zijn eerdere aandrang op een statisch universum de “grootste blunder” van zijn carrière.
Als het universum zich uitbreidt, moet het ooit veel kleiner zijn geweest dan nu. Dit besef leidde tot de oerknaltheorie: het idee dat het universum begon als iets ongelooflijk kleins, en zich toen ongelooflijk snel uitbreidde. We kunnen het ‘nagloeien’ van de oerknal zelfs vandaag de dag zien in de kosmische achtergrondstraling van microgolven – een constante stroom radiogolven, die uit alle richtingen aan de hemel komt.
Het lot van het universum, dan , hangt af van een heel eenvoudige vraag: zal het universum zich blijven uitbreiden, en hoe snel?
Als er te veel dingen zijn, zal de uitbreiding van de universum zal vertragen en stoppen
Voor een universum dat normale “dingen” bevat, zoals materie en licht, hangt het antwoord op deze vraag af van hoeveel dingen er is. Meer spullen betekent meer zwaartekracht, die alles weer bij elkaar trekt en de uitbreiding vertraagt.
Zolang de hoeveelheid spullen een kritieke drempel niet overschrijdt, zal het universum voor altijd blijven uitbreiden, en uiteindelijk door hitte sterven, bevriezen.
Maar als er te veel spullen zijn, zal de uitdijing van het universum vertragen en stoppen. Dan zal het universum beginnen te samentrekken. Een samentrekkend universum zal steeds kleiner en kleiner worden, heter en dichter worden, uiteindelijk eindigend in een fabelachtig compact inferno, een soort omgekeerde oerknal die bekend staat als de Big Crunch.
Gedurende het grootste deel van de 20e eeuw wisten astrofysici niet zeker welk van deze scenario’s zou uitpakken. Zou het de Big Freeze of de Big Crunch zijn? IJs of vuur?
Donkere energie trekt het universum uit elkaar
Ze probeerden om een kosmische telling uit te voeren, waarbij we optellen hoeveel spullen er in ons universum zijn. Het bleek dat we “vreemd genoeg dicht bij de kritieke drempel zaten en ons lot onzeker lieten.
Dat veranderde allemaal aan het einde van de 20e eeuw. In 1998 deden twee concurrerende teams van astrofysici een verbazingwekkende aankondiging: de uitdijing van het universum versnelt.
Normale materie en energie kunnen er niet voor zorgen dat het universum zich op deze manier gedraagt. Dit was het eerste bewijs van een fundamenteel nieuw soort energie, “donkere energie” genaamd, die zich niet “gedroeg als iets anders in de kosmos.
Donkere energie trekt het universum uit elkaar. We doen het nog steeds niet begrijp wat het is, maar ongeveer 70% van de energie in het universum is donkere energie, en dat aantal groeit elke dag.
Het bestaan van donkere energie betekent dat de hoeveelheid spullen in het universum niet ” om zijn uiteindelijke lot te bepalen.
In plaats daarvan controleert donkere energie de kosmos, waardoor de expansie van het universum voor altijd wordt versneld. Dit maakt de Big Crunch veel minder waarschijnlijk.
Maar dat betekent niet dat de Big Freeze onvermijdelijk is. Er zijn andere mogelijkheden.
Een ervan is ontstaan, niet in de studie van de kosmos, maar in de wereld van subatomaire deeltjes. Dit is misschien wel het vreemdste lot voor het universum. Het klinkt als iets uit sciencefiction, en in zekere zin ook.
In Kurt Vonnegut’s klassieke sci-fi-roman Cat’s Cradle is ijs-negen een nieuwe vorm van waterijs met een opmerkelijke eigenschap: het vriest bij 46 ° C, niet bij 0 ° C. Wanneer een kristal van ijs-negen in een glas water valt, vormt al het water eromheen zich onmiddellijk naar het kristal, aangezien het minder energie heeft dan vloeibaar water.
Het ijs kan zich nergens vormen
De nieuwe kristallen van ijs-negen doen hetzelfde met het water om hen heen , en in een oogwenk verandert de kettingreactie al het water in het glas – of (spoiler alert!) de hele oceanen van de aarde – in vast ijs-negen.
Hetzelfde kan gebeuren in het echte leven met normaal ijs en normaal water. Als je heel zuiver water in een heel schoon glas doet en het net onder de 0 ° C afkoelt, wordt het water onderkoeld: het blijft vloeibaar onder het natuurlijke vriespunt. Er zitten geen onzuiverheden in het water en er zijn geen ruwe plekken op het glas, dus het ijs kan zich nergens vormen. Maar als je een ijskristal in het glas laat vallen, zal het water snel bevriezen, net als ijs-negen .
IJs-negen en onderkoeld water lijken misschien niet relevant voor het lot van het universum. Maar iets soortgelijks kan gebeuren met de ruimte zelf.
De kwantumfysica dicteert dat zelfs in een volledig lege ruimte. vacuüm, er is een kleine hoeveelheid energie. Maar er kan ook een ander soort vacuüm zijn dat minder energie bevat.
Het nieuwe vacuüm zal ” converteer “het oude vacuüm eromheen
Als dat waar is, dan is het hele universum als een glas onderkoeld water. Het zal alleen duren totdat een “bubbel” van een lager energetisch vacuüm verschijnt.
Gelukkig zijn er geen dergelijke bubbels waarvan we ons bewust zijn. Helaas schrijft de kwantumfysica ook voor dat als een lager energetisch vacuüm vacuüm is mogelijk, dan zal onvermijdelijk een bel van dat vacuüm ergens in het universum tot bestaan schieten.
Wanneer dat gebeurt, zal het nieuwe vacuüm, net als ijs-negen, het oude vacuüm eromheen “omzetten”. De luchtbel zou met bijna de lichtsnelheid uitzetten, dus we “zouden hem nooit zien aankomen.
Binnen in de luchtbel zouden de dingen radicaal anders zijn, en niet erg gastvrij.
Mensen, planeten en zelfs de sterren zelf zouden vernietigd worden
De eigenschappen van fundamentele deeltjes zoals elektronen en quarks zou totaal anders kunnen zijn, de regels van de scheikunde radicaal herschrijven en misschien de vorming van atomen verhinderen.
Mensen, planeten en zelfs de sterren zelf zouden vernietigd worden in deze Grote Verandering. In een paper uit 1980 noemden natuurkundigen Sidney Coleman en Frank de Luccia het “de ultieme ecologische catastrofe”.
En nog erger: donkere energie zou zich na de Grote Verandering waarschijnlijk anders gedragen. In plaats van het universum te drijven om sneller uit te breiden, zou donkere energie in plaats daarvan het universum naar zich kunnen trekken en ineenstorten in een Big Crunch.
Er is een vierde mogelijkheid, en wederom staat donkere energie centraal. Dit idee is zeer speculatief en onwaarschijnlijk, maar het kan nog niet worden uitgesloten. Donkere energie is misschien zelfs krachtiger dan we dachten, en zou genoeg kunnen zijn om het universum op eigen kracht te beëindigen, zonder enige tussenkomst van Big Change, Freeze of Crunch.
Donkere energie heeft een eigenaardige eigenschap. Naarmate het universum zich uitbreidt, blijft de dichtheid constant. Dat betekent dat er in de loop van de tijd meer van opduikt om gelijke tred te houden met het toenemende volume van het universum. ongebruikelijk, maar breekt geen enkele natuurkundige wet.
Het kan echter vreemder worden. Wat als de dichtheid van donkere energie toeneemt naarmate het universum groter wordt? Met andere woorden, wat als de hoeveelheid donkere energie in het universum sneller toeneemt dan de uitbreiding van het universum zelf?
Dit idee werd naar voren gebracht door Robert Caldwell van Dartmouth College in Hanover, New Hampshire. Hij noemt het “phantom dark energy”. Het leidt tot een opmerkelijk vreemd lot voor het universum.
Als er fantoomdonkere energie bestaat, dan is de donkere kant onze ultieme ondergang, net zoals Star Wars ons had gewaarschuwd.
Atomen zelf zouden versplinteren, een fractie van een seconde voordat het universum zelf uit elkaar scheurde
Op dit moment de dichtheid van donkere energie is erg laag, veel minder dan de dichtheid van materie hier op aarde, of zelfs de dichtheid van de Melkweg, die veel minder dicht is dan de aarde. Maar naarmate de tijd verstrijkt, zou de dichtheid van donkere fantoomenergie toenemen en het universum uit elkaar scheuren.
In een paper uit 2003 schetsten Caldwell en zijn collega’s een scenario dat ze “kosmische dag des oordeels” noemden. Zodra de fantoomdonkere energie dichter wordt dan een bepaald object, wordt dat object aan flarden gescheurd.
Ten eerste zou de fantoomdonkere energie de Melkweg uit elkaar trekken, waardoor de samenstellende sterren vliegen. Dan zou het zonnestelsel ongebonden zijn, omdat de aantrekkingskracht van donkere energie sterker zou zijn dan de aantrekkingskracht van de zon op de aarde.
Eindelijk, binnen een paar hectische minuten zou de aarde exploderen. Dan zouden atomen zelf versplinteren, een fractie van een seconde voordat het universum zelf uit elkaar scheurde. Caldwell noemt dit de Big Rip.
De Big Rip is, zoals Caldwell zegt zelf toegeeft, “erg bizar” – en niet alleen omdat het klinkt als iets uit een over-the-top superheldenstrip.
Dit is een opmerkelijk grimmig portret van de toekomst
Donkere fantoomenergie druist in tegen enkele vrij basale ideeën over het universum, zoals de veronderstelling dat materie en energie “niet sneller kunnen gaan dan de snelheid van het licht. Er zijn goede redenen om er niet in te geloven.
Op basis van onze waarnemingen van de uitdijing van het universum en experimenten met deeltjesfysica lijkt het veel waarschijnlijker dat het uiteindelijke lot van ons universum een Big Freeze is, mogelijk gevolgd door een Big Change en een laatste Big Crunch.
Maar dit is een opmerkelijk grimmig portret van de toekomst – eonen van koude leegte, uiteindelijk beëindigd door een vacuümverval en een uiteindelijke implosie in het niets. Is er een ontsnapping mogelijk? Of zijn we gedoemd om een tafel te reserveren in het Restaurant aan het einde van het universum?
Er is zeker geen reden voor ons, individueel, om ons zorgen te maken over het einde van het universum. Al deze gebeurtenissen zijn triljoenen jaren in de toekomst, met de mogelijke uitzondering van de Grote Verandering, dus ze “zijn niet bepaald een dreigend probleem.
Er is ook geen reden om je zorgen te maken over de mensheid. Als er niets anders is, genetische drift zal onze nakomelingen al lang daarvoor onherkenbaar hebben gemaakt. Maar kunnen intelligente aanvoelende wezens van welke aard dan ook, menselijk of niet, overleven?
Als het universum versnelt , dat is echt slecht nieuws
Natuurkundige Freeman Dyson van het Institute for Advanced Studies in Princeton, New Jersey, behandelde deze vraag in een klassiek artikel dat in 1979 werd gepubliceerd Destijds concludeerde hij dat het leven zichzelf kon aanpassen om de Big Freeze te overleven, waarvan hij dacht dat het minder uitdagend was dan het inferno van de Big Crunch.
Bu T deze dagen is hij veel minder optimistisch, dankzij de ontdekking van donkere energie.
“Als het universum versnelt, is dat echt slecht nieuws”, zegt Dyson. Een snellere expansie betekent dat we “uiteindelijk het contact verliezen met bijna alle sterrenstelsels, op een handvol sterren na, waardoor de hoeveelheid beschikbare energie drastisch wordt beperkt.” Het “is een nogal sombere situatie op de lange termijn.”
De situatie zou kunnen nog steeds veranderen. “We weten echt niet of de expansie zal doorgaan, aangezien we niet begrijpen waarom het versnelt”, zegt Dyson. “De optimistische opvatting is dat de versnelling zal vertragen naarmate het universum groter wordt.” gebeurt, “de toekomst is veel belovender”.
Maar wat als de uitbreiding niet vertraagt, of als het duidelijk wordt dat de Grote Verandering eraan komt?Sommige natuurkundigen hebben een oplossing voorgesteld die stevig in het gebied van gekke wetenschappers ligt. Om aan het einde van het universum te ontsnappen, moeten we ons eigen universum in een laboratorium bouwen en erin springen.
Een natuurkundige die aan dit idee heeft gewerkt, is Alan Guth van MIT in Cambridge, Massachusetts, die bekend is voor zijn werk aan het zeer vroege universum.
Je zou een vliegende start maken met het creëren van een geheel nieuw universum.
” Ik kan niet zeggen dat de wetten van de fysica absoluut impliceren dat het mogelijk is “, zegt Guth. “Als het mogelijk is, zou het technologie vergen die veel verder gaat dan we kunnen voorzien. Het zou enorme hoeveelheden energie vereisen die men zou moeten kunnen verkrijgen en controleren.”
De eerste stap, volgens voor Guth, zou een ongelooflijk dichte vorm van materie creëren – zo dicht dat het op het punt stond in te storten in een zwart gat. Door dat op de juiste manier te doen en vervolgens snel de zaak uit het gebied te verwijderen, zou je dat gebied in de ruimte kunnen dwingen om snel uit te breiden.
In feite zou je een vliegende start maken met de creatie van een geheel nieuw universum. Naarmate de ruimte in de regio groter werd, zou de grens kleiner worden, waardoor een luchtbel van kromgetrokken ruimte ontstond waarbij de binnenkant groter was dan de buitenkant.
Dat klinkt misschien bekend bij Doctor Who-fans, en volgens Guth, de TARDIS is “waarschijnlijk een zeer nauwkeurige analogie” voor het soort kromtrekken van de ruimte waar hij het over heeft.
We weten “niet echt of het” is mogelijk of niet
Uiteindelijk zou de buitenkant ineenkrimpen tot het niets, en zou het nieuwe babyuniversum zich afknijpen van het onze, gespaard van wat voor lot ons universum dan ook kunnen ontmoeten.
Guth wijst er echter ook op dat er na het einde van het universum nog een andere bron van hoop is – nou ja, hoop van een soort.
Guth was de eerste die voorstelde dat het zeer vroege universum verbazingwekkend snel uitbreidde gedurende een fractie van een seconde, een idee dat bekend staat als ‘inflatie’. Veel kosmologen geloven nu dat inflatie de meest veelbelovende benadering is om het vroege universum te verklaren, en het plan van Guth voor het creëren van een nieuw universum is afhankelijk van het opnieuw creëren van deze snelle uitbreiding.
Het multiversum als geheel is echt eeuwig
Inflatie heeft een intrigerende consequentie voor het uiteindelijke lot van het universum. De theorie schrijft voor dat het universum dat we bewonen slechts een klein deel is van een multiversum, met een eeuwig opblazende achtergrond die voortdurend “pocket-universums” voortbrengt zoals het onze.
“Als dat het geval is, zelfs als we “ervan overtuigd zijn dat een individueel zakuniversum uiteindelijk zal sterven door koeling, zal het multiversum als geheel voor altijd blijven leven, met nieuw leven dat wordt gecreëerd in elk zakuniversum zoals het is gemaakt”, zegt Guth. multiversum als geheel is echt eeuwig, op zijn minst eeuwig in de toekomst, zelfs als individuele pocketuniversums leven en sterven. “
Met andere woorden, Franz Kafka had misschien gelijk met het geld toen hij zei dat er is “volop hoop, oneindig veel hoop – maar niet voor ons.”
Dit is een beetje een sombere gedachte. Als het je van streek maakt, is hier een foto van een schattig katje.