Nie panikuj, ale nasza planeta jest skazana na zagładę. To zajmie trochę czasu. Za około 6 miliardów lat Ziemia prawdopodobnie wyparuje, gdy umierające Słońce rozszerzy się w czerwonego olbrzyma i pochłonie naszą planetę.
Ale Ziemia jest tylko jedną planetą w Układzie Słonecznym, Słońce jest tylko jedna z setek miliardów gwiazd w galaktyce, aw obserwowalnym wszechświecie są setki miliardów galaktyk. Co na to wszystko czeka? Jak skończy się wszechświat?
Nauka jest znacznie mniej zdecydowana na temat tego, jak to się stanie. Nie jesteśmy nawet pewni, czy wszechświat dojdzie do firmy, zdefiniowany koniec lub po prostu powoli się kończy. Nasze najlepsze zrozumienie fizyki sugeruje, że uniwersalna apokalipsa ma kilka opcji. Daje też kilka wskazówek, jak moglibyśmy to przetrwać.
Nasza pierwsza wskazówka dotycząca końca wszechświata pochodzi z termodynamiki, czyli badania ciepła. Termodynamika to uliczny kaznodzieja fizyki o dzikich oczach, niosący tekturową plakietkę z prostym ostrzeżeniem: „NADCHODZI CIEPŁA ŚMIERĆ”.
Upał jest o wiele gorsze niż spalenie na ostry
Wbrew nazwie, śmierć z powodu ciepła wszechświata nie jest „ognistym piekłem”. Zamiast tego jest to śmierć wszystkich różnic w cieple.
Może to nie brzmi strasznie, ale śmierć z powodu ciepła jest o wiele gorsza niż spalenie na ostro. Dzieje się tak dlatego, że prawie wszystko w życiu codziennym wymaga pewnego rodzaju różnicy temperatur, bezpośrednio lub pośrednio.
Na przykład samochód pracuje, ponieważ w jego silniku jest cieplej niż na zewnątrz. Twój komputer jest zasilany energią elektryczną z lokalnej elektrowni, która prawdopodobnie podgrzewa wodę i wykorzystuje ją do zasilania turbiny. I biegasz na jedzeniu, które istnieje dzięki ogromnej różnicy temperatur między Słońcem a resztą Wszechświata.
Jednak gdy wszechświat osiągnie śmierć z powodu upałów, wszystko wszędzie będzie miało tę samą temperaturę. Oznacza to, że nic ciekawego się już nigdy nie powtórzy.
Śmierć z powodu upału wyglądała na jedyną możliwą możliwość zakończenia wszechświata
Każda gwiazda zginie, prawie cała materia ulegnie rozpadowi, a ostatecznie wszystko, co pozostanie, to rzadka zupa cząstek i promieniowania. Nawet energia tej zupy zostanie z czasem wyssana przez ekspansję wszechświata, pozostawiając wszystko zaledwie ułamek stopnia powyżej zera absolutnego.
W tym „Wielkim zamrażaniu” wszechświat kończy się jednolicie zimny, martwy i pusty.
Po rozwoju termodynamiki na początku XIX wieku śmierć z powodu ciepła wydawała się jedynym możliwym sposobem zakończenia wszechświata. Ale 100 lat temu ogólna teoria względności Alberta Einsteina sugerowała, że wszechświat miał znacznie bardziej dramatyczny los.
Ogólna teoria względności mówi, że materia i energia wypaczają przestrzeń i czas. Ten związek między czasoprzestrzenią a materia-energia (materiał) – między sceną a aktorami na niej – rozciąga się na cały wszechświat. To, co we wszechświecie, według Einsteina, determinuje ostateczny los samego wszechświata.
Wszechświat zaczął się jako coś niewiarygodnie małego, a następnie rozszerzał się niezwykle szybko
Teoria przewidywała, że wszechświat jako całość musi się rozszerzać lub kurczyć. Nie mogła pozostać tej samej wielkości. Einstein zdał sobie z tego sprawę w 1917 roku i tak niechętnie w to uwierzył, że sfałszował własną teorię.
Następnie w 1929 roku amerykański astronom Edwin Hubble znalazł niezbity dowód na to, że wszechświat się rozszerza. Einstein zmienił zdanie, nazywając swoje poprzednie naleganie na statyczne wszechświat to „największy błąd” w jego karierze.
Jeśli wszechświat się rozszerza, musiał być kiedyś znacznie mniejszy niż obecnie. Uświadomienie sobie tego doprowadziło do teorii Wielkiego Wybuchu: idei, że wszechświat zaczął się jako coś niewiarygodnie małego, a następnie niezwykle szybko się rozszerzył. Nawet dzisiaj możemy zobaczyć „poświatę” Wielkiego Wybuchu w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła – ciągłym strumieniu fal radiowych, docierających ze wszystkich kierunków nieba.
A zatem los wszechświata , opiera się na bardzo prostym pytaniu: czy wszechświat będzie się nadal rozszerzał i jak szybko?
Jeśli jest za dużo rzeczy, rozszerzenie wszechświat zwolni i zatrzyma się
W przypadku wszechświata zawierającego normalne „rzeczy”, takie jak materia i światło, odpowiedź na to pytanie zależy od tego, ile rzeczy jest. Więcej rzeczy oznacza większą grawitację, która przyciąga wszystko do siebie i spowalnia ekspansję.
Dopóki ilość rzeczy nie przekroczy krytycznego progu, wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność, i ostatecznie cierpieć z powodu śmierci cieplnej, zamarzając.
Ale jeśli jest za dużo rzeczy, ekspansja wszechświata spowolni i zatrzyma się. Wtedy wszechświat zacznie się kurczyć. Kurczący się wszechświat będzie kurczył się coraz mniejszy, gorętszy i gęstszy, w końcu kończąc się bajecznie zwartym piekłem, czymś w rodzaju odwróconego Wielkiego Wybuchu znanego jako Wielki Kryzys.
Przez większość XX wieku astrofizycy nie byli „pewni, który z tych scenariuszy się sprawdzi. Czy byłby to Big Freeze czy Big Crunch? Lód czy ogień?
Ciemna energia rozdziera wszechświat
Próbowali przeprowadzić kosmiczny spis ludności, zsumować ilość rzeczy w naszym wszechświecie. Okazało się, że „jesteśmy dziwnie blisko krytycznego progu, pozostawiając nasz los niepewny”.
Wszystko zmieniło się pod koniec XX wieku. W 1998 roku dwa konkurujące ze sobą zespoły astrofizyków ogłosiły zdumiewające oświadczenie: rozszerzanie się wszechświata przyspiesza.
Normalna materia i energia nie mogą spowodować, że wszechświat zachowuje się w ten sposób. To był pierwszy dowód na istnienie całkowicie nowego rodzaju energii, zwanej „ciemną energią”, która nie „zachowywała się jak żadna inna w kosmosie”.
Ciemna energia rozdziela wszechświat. Nadal nie zrozumieć, co to jest, ale mniej więcej 70% energii we Wszechświecie to ciemna energia, a ta liczba rośnie każdego dnia.
Istnienie ciemnej energii oznacza, że ilość rzeczy we wszechświecie nie ” aby określić jego ostateczny los.
Zamiast tego ciemna energia kontroluje kosmos, przyspieszając ekspansję wszechświata na zawsze. To sprawia, że Big Crunch jest znacznie mniej prawdopodobny.
Ale to nie znaczy, że Wielkie Zamrożenie jest nieuniknione. Istnieją inne możliwości.
Jedna z nich powstała nie w badaniach kosmosu, ale w świecie cząstek subatomowych. To chyba najdziwniejszy los wszechświata. Brzmi jak coś z science fiction i w pewnym sensie tak jest.
W klasycznej powieści science-fiction Kurta Vonneguta „Cat” Cradle, ice-nine to nowa forma lodu wodnego z niezwykła właściwość: zamarza w 46 ° C, a nie w 0 ° C. Kiedy kryształ dziewiątki zostanie wrzucony do szklanki wody, cała woda wokół niego natychmiast tworzy swój wzór za kryształem, ponieważ ma mniejszą energię niż woda w stanie ciekłym.
Nigdzie nie ma miejsca, w którym lód mógłby zacząć się formować
Nowe kryształy lodu dziewiątego robią to samo z wodą wokół nich iw mgnieniu oka reakcja łańcuchowa zamienia całą wodę w szklance – lub (uwaga spoiler!) wszystkie oceany Ziemi – w stały lód-dziewięć.
To samo może zdarzają się w prawdziwym życiu z normalnym lodem i normalną wodą. Jeśli wlejesz bardzo czystą wodę do bardzo czystej szklanki i schłodzisz ją nieco poniżej 0 ° C, woda stanie się przechłodzona: pozostanie płynna poniżej swojej naturalnej temperatury zamarzania. W wodzie nie ma zanieczyszczeń ani szorstkich plam na szkle, więc nie ma miejsca, w którym lód zacząłby się formować. Ale jeśli wrzucisz do szklanki kryształek lodu, woda zamarznie szybko, podobnie jak lód-dziewięć .
Dziewiątka lodu i przechłodzona woda mogą wydawać się nieistotne dla losów wszechświata. Ale coś podobnego może się zdarzyć z samą przestrzenią.
Fizyka kwantowa mówi, że nawet w całkowicie pustym próżnia, jest niewielka ilość energii. Ale może też istnieć jakiś inny rodzaj próżni, który zatrzymuje mniej energii.
Nowa próżnia będzie ” przekonwertuj „starą próżnię wokół niego
Jeśli to prawda, to cały wszechświat jest jak szklanka przechłodzonej wody. Będzie trwał tylko do momentu pojawienia się „bąbla” próżni o niższej energii.
Na szczęście nie ma takich bąbelków, o których jesteśmy świadomi. Niestety, fizyka kwantowa również nakazuje, że jeśli próżnia jest możliwa, wtedy bańka tej próżni nieuchronnie zacznie istnieć gdzieś we wszechświecie.
Kiedy to się stanie, podobnie jak lodowa dziewiątka, nowa próżnia „przekształci” starą próżnię wokół niej. Bańka rozszerzałaby się prawie z prędkością światła, więc nigdy nie spodziewalibyśmy się, że nadejdzie.
Wewnątrz bańki sytuacja wyglądałaby radykalnie inaczej i niezbyt gościnnie.
Ludzie, planety, a nawet same gwiazdy zostałyby zniszczone
Właściwości cząstek elementarnych, takich jak elektrony i kwarki mogłoby być zupełnie inaczej, radykalnie przepisując zasady chemii i być może zapobiegając tworzeniu się atomów.
Ludzie, planety, a nawet same gwiazdy zostałyby zniszczone podczas tej Wielkiej Zmiany. W artykule z 1980 roku fizycy Sidney Coleman i Frank de Luccia nazwali to „ostateczną katastrofą ekologiczną”.
Dodając zniewagę do obrażeń, ciemna energia prawdopodobnie zachowywałaby się inaczej po Wielkiej Zmiany. Zamiast napędzać wszechświat do szybszego rozszerzania się, ciemna energia może zamiast tego wciągnąć wszechświat w siebie, zapadając się w Big Crunch.
Istnieje czwarta możliwość i znowu ciemna energia jest w centrum uwagi. Ten pomysł jest bardzo spekulatywny i mało prawdopodobny, ale nie można go jeszcze wykluczyć. Ciemna energia może być jeszcze potężniejsza niż myśleliśmy i może być wystarczająca, aby samemu zakończyć wszechświat, bez jakiejkolwiek interwencji Wielkiej Zmiany, Zamrożenia lub Crunch.
Ciemna energia ma szczególną właściwość. W miarę rozszerzania się wszechświata jego gęstość pozostaje stała. Oznacza to, że z czasem pojawia się jej więcej, aby nadążyć za rosnącą objętością Wszechświata. niezwykłe, ale nie łamie żadnych praw fizyki.
Jednak może to być dziwniejsze. A co, jeśli gęstość ciemnej energii wzrośnie w miarę rozszerzania się wszechświata? Innymi słowy, co się stanie, jeśli ilość ciemnej energii we wszechświecie wzrośnie szybciej niż ekspansja samego wszechświata?
Pomysł ten został wysunięty przez Roberta Caldwella z Dartmouth College w Hanowerze w stanie New Hampshire. Nazywa to „widmową ciemną energią”. Prowadzi to do niezwykle dziwnego losu wszechświata.
Jeśli istnieje widmowa ciemna energia, to ciemna strona jest naszym ostatecznym upadkiem, tak jak ostrzegały nas Gwiezdne Wojny.
Same atomy rozpadłyby się na ułamek sekundy przed rozerwaniem samego wszechświata
W tej chwili gęstość ciemnej energii jest bardzo niska, znacznie mniejsza niż gęstość materii na Ziemi, a nawet gęstość galaktyki Drogi Mlecznej, która jest znacznie mniej gęsta niż Ziemia. Ale w miarę upływu czasu gęstość widmowej ciemnej energii narastała i rozerwała wszechświat na strzępy.
W artykule z 2003 roku Caldwell i jego współpracownicy nakreślili scenariusz, który nazwali „kosmicznym dniem zagłady”. Gdy widmowa ciemna energia stanie się bardziej gęsta niż określony obiekt, obiekt ten zostanie rozerwany na strzępy.
Po pierwsze, ciemna energia widmowa rozerwałaby Drogę Mleczną, wysyłając w powietrze jej składowe gwiazdy. Wtedy Układ Słoneczny byłby niezwiązany, ponieważ przyciąganie ciemnej energii byłoby silniejsze niż przyciąganie Słońca na Ziemię.
W końcu za kilka szalonych minut Ziemia wybuchłaby. Wtedy same atomy rozpadłyby się na ułamek sekundy, zanim sam wszechświat się rozpadł. Caldwell nazywa to Wielkim Rozdarciem.
Big Rip jest, jak sam przyznaje Caldwell, „bardzo dziwacznym” – i to nie tylko dlatego, że brzmi jak coś z komiksu o superbohaterach.
To niezwykle ponury portret przyszłości
Widmowa ciemna energia leci w obliczu pewnych dość podstawowych idei dotyczących wszechświata, takich jak założenie, że materia i energia nie mogą poruszać się szybciej niż prędkość światła. Istnieją dobre powody, aby w to nie wierzyć.
Opierając się na naszych obserwacjach rozszerzania się wszechświata i eksperymentach z fizyką cząstek elementarnych, wydaje się znacznie bardziej prawdopodobne, że ostatecznym losem naszego wszechświata jest Wielkie Zamrożenie, prawdopodobnie następuje Wielka Zmiana i ostateczny Wielki Kryzys.
Ale to jest niezwykle ponury portret przyszłości – eony zimnej pustki, ostatecznie zakończone zanikiem próżni i ostateczną implozją w nicość. Czy jest jakaś ucieczka? A może jesteśmy skazani na rezerwację stolika w restauracji na końcu wszechświata?
Z pewnością nie ma powodu, abyśmy indywidualnie martwili się o koniec wszechświata. Wszystkie te wydarzenia są tryliony lat w przyszłość, z możliwym wyjątkiem Wielkiej Zmiany, więc nie są one bezpośrednim problemem.
Ponadto nie ma powodu, aby martwić się o ludzkość. Jeśli nic więcej, genetyka dryf sprawi, że nasi potomkowie będą nierozpoznawalni na długo przedtem. Ale czy inteligentne istoty czujące jakiegokolwiek rodzaju, ludzkie czy nie, mogą przetrwać?
Jeśli wszechświat przyspiesza , to naprawdę zła wiadomość
Fizyk Freeman Dyson z Institute for Advanced Studies w Princeton w New Jersey rozważał to pytanie w klasycznej pracy opublikowanej w 1979 roku W tym czasie doszedł do wniosku, że życie może się zmodyfikować, aby przetrwać Wielkie Zamarznięcie, które uważał za mniej wymagające niż piekło Wielkiego Kryzysu.
Bu t obecnie jest znacznie mniej optymistyczny dzięki odkryciu ciemnej energii.
„Jeśli wszechświat przyspiesza, to„ naprawdę zła wiadomość ”- mówi Dyson. Przyspieszająca ekspansja oznacza, że „w końcu stracimy kontakt ze wszystkimi galaktykami oprócz kilku, dramatycznie ograniczając ilość dostępnej nam energii”. Na dłuższą metę jest to raczej ponura sytuacja. wciąż się zmieniają. „Naprawdę nie wiemy, czy ekspansja będzie kontynuowana, ponieważ nie rozumiemy, dlaczego przyspiesza” – mówi Dyson. „Optymistyczny pogląd jest taki, że przyspieszenie będzie spowalniać wraz ze wzrostem wszechświata”. zdarza się, że „przyszłość jest znacznie bardziej obiecująca”.
Ale co, jeśli ekspansja nie zwolni lub stanie się jasne, że nadchodzi Wielka Zmiana?Niektórzy fizycy zaproponowali rozwiązanie, które znajduje się na terytorium szalonych naukowców. Aby uciec przed końcem wszechświata, powinniśmy zbudować nasz własny wszechświat w laboratorium i wskoczyć.
Jednym z fizyków, który pracował nad tym pomysłem, jest Alan Guth z MIT w Cambridge, Massachusetts, który jest znany za jego pracę nad bardzo wczesnym wszechświatem.
Zacząłbyś tworzyć całkowicie nowy wszechświat.
” Nie mogę „powiedzieć, że prawa fizyki absolutnie sugerują, że jest to” możliwe „- mówi Guth. „Jeśli to możliwe, wymagałoby technologii znacznie wykraczającej poza wszystko, co możemy przewidzieć. Wymagałoby to olbrzymich ilości energii, które trzeba by było uzyskać i kontrolować.”
Pierwszy krok, zgodnie z dla Gutha stworzyłoby niewiarygodnie gęstą formę materii – tak gęstą, że była na skraju zapadnięcia się w czarną dziurę. Robiąc to we właściwy sposób, a następnie szybko usuwając problem z obszaru, możesz zmusić ten obszar przestrzeni do szybkiego rozszerzania się.
W efekcie stworzenie zupełnie nowego wszechświata. W miarę rozszerzania się przestrzeni w regionie granica kurczyła się, tworząc bańkę wypaczonej przestrzeni, w której wnętrze było większe niż na zewnątrz.
To może brzmieć znajomo dla fanów Doctor Who, a według Gutha TARDIS jest „prawdopodobnie bardzo dokładną analogią” do rodzaju wypaczenia przestrzeni, o którym mówi.
Naprawdę nie wiemy, czy to jest. s możliwe czy nie
Ostatecznie zewnętrze skurczy się do nicości, a nowy dziecięcy wszechświat oderwie się od naszego, oszczędzony przed jakimkolwiek losem, jaki spotkał nasz wszechświat może się spotkać.
Jednak Guth wskazuje również, że istnieje inne źródło nadziei poza końcem wszechświata – cóż, pewnego rodzaju nadzieja.
Guth jako pierwszy zaproponował że bardzo wczesny Wszechświat rozszerzał się zadziwiająco szybko przez ułamek sekundy, idea znana jako „inflacja”. Wielu kosmologów uważa obecnie, że inflacja jest najbardziej obiecującym podejściem do wyjaśnienia wczesnego Wszechświata, a plan Gutha tworzenie nowego wszechświata polega na odtworzeniu tej szybkiej ekspansji.
Wieloświat jako całość jest naprawdę wieczny
Inflacja ma intrygujące konsekwencje dla ostatecznego losu wszechświata. Teoria mówi, że wszechświat, który zamieszkujemy, jest tylko jedną małą częścią multiwersu, z wiecznie rozszerzającym się tłem, które nieustannie rodzi „kieszonkowe wszechświaty”, takie jak nasz własny.
„Jeśli tak jest, nawet jeśli „jesteś przekonany, że indywidualny kieszonkowy wszechświat ostatecznie umrze w wyniku mrożenia, multiwers jako całość będzie żył wiecznie, z nowym życiem tworzonym w każdym kieszonkowym wszechświecie w miarę jego tworzenia” – mówi Guth. „Na tym zdjęciu, Wieloświat jako całość jest naprawdę wieczny, przynajmniej wieczny w przyszłości, nawet gdy indywidualne kieszonkowe wszechświaty żyją i umierają. ”
Innymi słowy, Franz Kafka mógł mieć rację, kiedy powiedział, że tam to „mnóstwo nadziei, nieskończona ilość nadziei – ale nie dla nas”.
To trochę ponura myśl. Jeśli cię to denerwuje, oto zdjęcie uroczego kociaka.