Får inte panik, men vår planet är dömd. Det tar bara en stund. Ungefär 6 miljarder år framöver kommer jorden förmodligen att förångas när den döende solen expanderar till en röd jätte och uppslukar vår planet.
Men jorden är bara en planet i solsystemet, solen är bara en av hundratals miljarder stjärnor i galaxen, och det finns hundratals miljarder galaxer i det observerbara universum. Vad väntar på allt detta? Hur slutar universum?
Vetenskapen är mycket mindre avgörande för hur det kommer att hända. Vi är inte ens säkra på om universum kommer till ett fast, definierad ände, eller bara sakta av. Vår bästa förståelse för fysik antyder att det finns flera alternativ för den universella apokalypsen. Det ger också några tips om hur vi, kanske bara, kan överleva det.
Vår första ledtråd till slutet av universum kommer från termodynamik, studiet av värme. Termodynamik är den vildögda gatupredikanten för fysik och bär ett kartongskylt med en enkel varning: ”VÄRMEDÖDEN KOMMER.”
Värmedöd är mycket värre än att brännas till en skarp
Trots namnet är universums värmedöd inte en eldig inferno. Istället är det död av alla skillnader i värme.
Detta låter kanske inte skrämmande, men värmedöden är mycket värre än att bli bränd till en skarp. Det beror på att nästan allt i vardagen kräver någon form av temperaturskillnad, antingen direkt eller indirekt.
Till exempel går din bil för att den är hetare inuti motorn än utanför. Datorn går på el från det lokala kraftverket, som antagligen fungerar genom att värma upp vatten och använda det för att driva en turbin. Och du kör på mat, som existerar tack vare den enorma temperaturskillnaden mellan solen och resten av universum.
Men när universum väl har nått värmedöd kommer allt överallt att ha samma temperatur. Det betyder att inget intressant någonsin kommer att hända igen.
Värmedöd såg ut som det enda möjliga sättet universum kunde ta slut
Varje stjärna kommer att dö, nästan all materia kommer att förfalla, och så småningom återstår bara en gles soppa av partiklar och strålning. Till och med energin i den soppan kommer att tappas bort över tid genom universums expansion och lämnar allt bara en bråkdel av en grad över absolut noll.
I denna ”Big Freeze” hamnar universum enhetligt kallt, dött och tomt.
Efter utvecklingen av termodynamiken i början av 1800-talet såg värmedöd ut som det enda möjliga sättet universum kunde ta slut på. Men för 100 år sedan föreslog Albert Einsteins teori om allmän relativitet att universum hade ett mycket mer dramatiskt öde.
Allmän relativitet säger att materia och energi snedvrider rum och tid. Detta förhållande mellan rum-tid och materienergi (grejer) – mellan scenen och skådespelarna på den – sträcker sig till hela universum. Grejerna i universum, enligt Einstein, avgör universumets yttersta öde.
Universum började som något otroligt litet och utvidgades sedan otroligt snabbt
Teorin förutspådde att universum som ett helheten måste antingen expandera eller komma ihop. Det kunde inte vara i samma storlek. Einstein insåg detta 1917 och var så ovillig att tro att han fudged sin egen teori.
Sedan 1929, den amerikanska astronomen Edwin Hubble hittade hårda bevis för att universum expanderade. Einstein ändrade sig och kallade sitt tidigare krav på en statisk universum den ”största misstag” i hans karriär.
Om universum expanderar, måste det en gång ha varit mycket mindre än det är nu. Denna insikt ledde till Big Bang-teorin: tanken att universum började som något otroligt litet och utvidgades sedan otroligt snabbt. Vi kan se ”efterglödet” efter Big Bang även idag, i den kosmiska mikrovågsstrålningen – en konstant ström av radiovågor, som kommer från alla himmelriktningar.
Universums öde, då , hänger på en mycket enkel fråga: kommer universum att fortsätta att expandera och hur snabbt?
Om det finns för mycket grejer, utvidgningen av universum kommer att sakta ner och stoppa
För ett universum som innehåller normala ”saker”, såsom materia och ljus, beror svaret på denna fråga på hur mycket saker det finns. Fler saker betyder mer tyngdkraft, som drar allt ihop igen och saktar ut expansionen.
Så länge mängden saker inte går över en kritisk tröskel, kommer universum att fortsätta att expandera för alltid, och så småningom drabbas av värmedöd och fryser ut.
Men om det finns för mycket grejer, kommer utbredningen av universum att sakta ner och stoppa. Då kommer universum att börja dra sig samman. slutar i ett fantastiskt kompakt inferno, ett slags omvänd Big Bang som kallas Big Crunch.
Under större delen av 1900-talet var astrofysiker inte säkra på vilka av dessa scenarier som skulle spela ut. Skulle det vara Big Freeze eller Big Crunch? Is eller eld?
Mörk energi drar universum isär
De försökte att utföra en kosmisk folkräkning, lägga samman hur mycket saker det finns i vårt universum. Det visade sig att vi ”är konstigt nära den kritiska tröskeln och lämnar vårt öde osäkert.
Allt detta förändrades i slutet av 1900-talet. 1998 gjorde två konkurrerande team av astrofysiker ett förvånande meddelande: universums expansion växer snabbare.
Normal materia och energi kan inte få universum att bete sig på detta sätt. Detta var det första beviset på en fundamentalt ny typ av energi, kallad ”mörk energi”, som inte beter sig som något annat i kosmos.
Mörk energi drar universum isär. Vi gör fortfarande inte förstå vad det är, men ungefär 70% av energin i universum är mörk energi, och det antalet växer varje dag.
Förekomsten av mörk energi betyder att mängden saker i universum inte ” t får bestämma dess yttersta öde.
Istället kontrollerar mörk energi kosmos, vilket påskyndar universums expansion hela tiden. Detta gör Big Crunch mycket mindre troligt.
Men det betyder inte att Big Freeze är oundvikligt. Det finns andra möjligheter.
En av dem har sitt ursprung, inte i studiet av kosmos, utan i världen av subatomära partiklar. Detta är kanske det konstigaste ödet för universum. Det låter som något ur science fiction, och på ett sätt är det det.
I Kurt Vonneguts klassiska sci-fi-roman Cat’s Cradle är ice-nine en ny form av vattenis med en anmärkningsvärd egenskap: den fryser vid 46 ° C, inte vid 0 ° C. När en kristall av is-nio släpps ned i ett glas vatten, mönstrar allt vattnet runt den omedelbart efter kristallen, eftersom den har lägre energi än flytande vatten.
Det finns ingenstans för isen att börja bildas
De nya kristallerna av is-nio gör samma sak för vattnet runt dem och på ett ögonblick förvandlar kedjereaktionen allt vatten i glaset – eller (spoiler alert!) alla jordens hav – till fast is-nio.
Samma sak kan hända i verkligheten med normal is och normalt vatten. Om du lägger mycket rent vatten i ett mycket rent glas och kyler det strax under 0 ° C blir vattnet superkyldt: det förblir flytande under dess naturliga fryspunkt. Det finns inga föroreningar i vattnet och inga grova fläckar på glaset, så det finns ingenstans för isen att börja bildas. Men om du släpper en iskristall i glaset fryser vattnet snabbt, precis som isnio .
Is-nio och superkyldt vatten kanske inte verkar relevanta för universums öde. Men något liknande kan hända med själva rymden.
Kvantfysik dikterar att även i en helt tom vakuum, det finns en liten mängd energi. Men det kan också finnas någon annan typ av vakuum som håller mindre energi.
Det nya vakuumet kommer att ” konvertera ”det gamla vakuumet runt det
Om det stämmer, är hela universum som ett glas superkyldt vatten. Det kommer bara att pågå tills en ”bubbla” med vakuum med lägre energi dyker upp.
Lyckligtvis finns det inga sådana bubblor som vi är medvetna om. Tyvärr dikterar kvantfysik också att om en lägre energi vakuum är möjligt, då kommer en bubbla av detta vakuum oundvikligen att peka på existens någonstans i universum.
När det händer, precis som is-nio, kommer det nya vakuumet att ”omvandla” det gamla vakuumet runt det. Bubblan skulle expandera med nästan ljusets hastighet, så vi skulle aldrig se den komma.
Inuti bubblan skulle sakerna vara radikalt annorlunda och inte väldigt gästvänliga.
Människor, planeter och till och med stjärnorna själva skulle förstöras
Egenskaperna hos grundläggande partiklar som elektroner och kvarkar skulle kunna vara helt annorlunda, radikalt skriva om reglerna för kemi och kanske hindra atomer från att bildas.
Människor, planeter och till och med stjärnorna själva skulle förstöras i denna stora förändring. I en tidning från 1980 kallade fysikerna Sidney Coleman och Frank de Luccia det ”den ultimata ekologiska katastrofen”.
Att lägga till förolämpning mot skador skulle mörk energi troligen uppträda annorlunda efter den stora förändringen. I stället för att driva universum att expandera snabbare kan mörk energi istället dra universumet på sig själv och kollapsa i en stor krasch.
Det finns en fjärde möjlighet, och återigen står mörk energi i centrum. Denna idé är väldigt spekulativ och osannolik, men den kan ännu inte uteslutas. Mörk energi kan vara ännu mer kraftfull än vi trodde, och kan räcka för att avsluta universum på egen hand, utan någon ingripande Big Change, Freeze, eller Crunch.
Mörk energi har en märklig egenskap. När universum expanderar förblir densiteten konstant. Det betyder att mer av det dyker upp över tid för att hålla jämna steg med den ökande volymen i universum. Detta är ovanligt, men bryter inte några fysiklagar.
Det kan dock bli konstigare. Vad händer om densiteten av mörk energi ökar när universum expanderar? Med andra ord, vad händer om mängden mörk energi i universum ökar snabbare än expansionen av själva universum?
Denna idé lades fram av Robert Caldwell från Dartmouth College i Hannover, New Hampshire. Han kallar det ”fantom mörk energi”. Det leder till ett anmärkningsvärt konstigt öde för universum.
Om fantom mörk energi finns, är den mörka sidan vår ultimata undergång, precis som Star Wars varnade oss för att det skulle vara.
Atomerna själva skulle splittras, en bråkdel av en sekund innan universum själv slet sönder
Just nu, densiteten av mörk energi är mycket låg, mycket mindre än materialets densitet här på jorden, eller till och med densiteten för Vintergatan, som är mycket mindre tät än jorden. Men med tiden kommer tätheten av fantom mörk energi att byggas upp och riva universum isär.
I en tidning från 2003 skisserade Caldwell och hans kollegor ett scenario som de kallade ”kosmisk dommedag”. När den fantomörda energin blir tätare än ett visst objekt, sönderrivs det föremålet.
För det första skulle fantommörk energi dra isär Vintergatan och skicka dess beståndsdelar att flyga. Då skulle solsystemet vara obundet, eftersom den mörka energins drag skulle vara starkare än solens drag på jorden.
Slutligen skulle jorden explodera om några hektiska minuter. Då splittrades själva atomerna, en bråkdel av en sekund innan universum själv rev sönder. Caldwell kallar detta för Big Rip.
The Big Rip är, enligt Caldwells egen erkännande, ”väldigt outlandish” – och inte bara för att det låter som något ur en super-super-superhjälte-komik.
Detta är ett anmärkningsvärt dyster porträtt av framtiden
Phantom dark energy flyger inför några ganska grundläggande idéer om universum, som antagandet att materia och energi inte kan gå snabbare än ljusets hastighet. Det finns goda skäl att inte tro på det.
Baserat på våra observationer av universums expansion och partikelfysikexperiment verkar det mycket mer troligt att det ultimata ödet för vårt universum är en Big Freeze, möjligen följt av en stor förändring och en slutlig stor krasch.
Men detta är ett anmärkningsvärt dystert porträtt av framtiden – aoner av kall tomhet, slutligen avslutas av ett vakuumförfall och en slutlig implosion till intet. Finns det någon flykt? Eller är vi dömda att boka bord på restaurangen i slutet av universum?
Det finns verkligen ingen anledning för oss, individuellt, att oroa oss för universums slut. Alla dessa händelser är biljoner år framöver, med möjlig undantag för den stora förändringen, så de är inte precis ett överhängande problem.
Dessutom finns det ingen anledning att oroa sig för mänskligheten. Om inget annat, genetiskt drift kommer att ha gjort våra ättlingar oigenkännliga långt innan dess. Men kunde intelligenta känslor av alla slag, mänskliga eller inte, överleva?
Om universum accelererar , att ”s verkligen dåliga nyheter
Fysiker Freeman Dyson från Institute for Advanced Studies i Princeton, New Jersey behandlade denna fråga i ett klassiskt papper som publicerades 1979 Vid den tiden drog han slutsatsen att livet kunde modifiera sig för att överleva Big Freeze, vilket han tyckte var mindre utmanande än infernoet från Big Crunch.
Bu Dessa dagar är han mycket mindre optimistisk tack vare upptäckten av mörk energi.
”Om universum accelererar är det riktigt dåliga nyheter”, säger Dyson. Accelererande expansion innebär att vi så småningom kommer att förlora kontakten med alla utom en handfull galaxer, vilket dramatiskt begränsar mängden tillgänglig energi för oss. Det är en ganska dyster situation på lång sikt.
Situationen kan ändras fortfarande. ”Vi vet verkligen inte om expansionen kommer att fortsätta eftersom vi inte förstår varför den accelererar”, säger Dyson. ”Den optimistiska uppfattningen är att accelerationen kommer att sakta ner när universum blir större.” Om det händer, ”framtiden är mycket mer lovande.”
Men tänk om expansionen inte saktar ner, eller om det blir klart att den stora förändringen kommer?Vissa fysiker har föreslagit en lösning som är solidt inom galen vetenskapsmannens territorium. För att undkomma universums ände bör vi bygga vårt eget universum i ett laboratorium och hoppa in.
En fysiker som har arbetat med denna idé är Alan Guth från MIT i Cambridge, Massachusetts, som är känd för hans arbete med det mycket tidiga universum.
Du skulle starta skapandet av ett helt nytt universum
” Jag kan inte säga att fysikens lagar absolut innebär att det är möjligt, säger Guth. ”Om det är möjligt skulle det kräva teknik som överstiger allt vi kan förutse. Det skulle kräva enorma mängder energi som man skulle behöva för att kunna få och kontrollera.”
Det första steget, enligt för Guth, skulle skapa en otroligt tät form av materia – så tät att den var på väg att kollapsa i ett svart hål. Genom att göra det på rätt sätt och sedan snabbt rensa frågan ur området kan du kanske tvinga den delen av rymden att börja expandera snabbt.
I själva verket skulle du hoppa igång skapandet av ett helt nytt universum. När utrymmet i regionen expanderade skulle gränsen krympa och skapa en bubbla av skevt utrymme där insidan var större än utsidan.
Det kan låta bekant för Doctor Who-fansen, och enligt Guth, TARDIS är ”förmodligen en mycket exakt analogi” för den typ av vridning av rymden han talar om.
Vi vet inte riktigt om det ” s möjligt eller inte
Så småningom skulle utsidan krympa till intet, och det nya babyuniverset skulle klämma av från vårt eget, sparat från vilket öde vårt universum kan mötas.
Men Guth påpekar också att det finns en annan källa till hopp bortom universums ände – ja, hopp om ett slags.
Guth var den första som föreslog att det mycket tidiga universum expanderade förvånansvärt snabbt en liten bråkdel av en sekund, en idé som kallas ”inflation”. Många kosmologer tror nu att inflationen är det mest lovande sättet att förklara det tidiga universum, och Guths plan för att skapa ett nytt universum förlitar sig på att återskapa denna snabba expansion.
Multiversumet som helhet är verkligen evigt
Inflation har en spännande konsekvens för universums yttersta öde. Teorin dikterar att det universum vi bor är bara en liten del av ett multiversum, med en evigt uppblåst bakgrund som kontinuerligt gyter ”fickuniverser” som vår egen.
”Om så är fallet, även om vi ”vi är övertygade om att ett individuellt fickuniversum i slutändan kommer att dö genom kylning, multiversumet som helhet kommer att fortsätta att leva för evigt, med nytt liv som skapas i varje fickuniversum när det skapas”, säger Guth. ”I den här bilden är multiversum som helhet är verkligen evigt, åtminstone evigt in i framtiden, även om enskilda fickuniverser lever och dör. ”
Med andra ord kan Franz Kafka ha haft rätt på pengarna när han sa att det är ”massor av hopp, en oändlig mängd hopp – men inte för oss.”
Detta är lite dyster tanke. Om det gör dig upprörd, här är en bild av en söt kattunge.