100 лет для вселенной

Пустая Вселенная: космология через 100 миллиардов лет

8-04-2011, 16:55 | Наука и техника / Теории и гипотезы | разместил: gopman | комментариев: (1) | просмотров: (8 999)

Маркус Чоун (New Scientist)

фото: Одинокая галактика (автор Larry Landolfi/SPL)

Небеса далекого будущего будут пусты и темны, но у наших далеких предков будет одна возможность, которая позволит им описать Вселенную. Когда-то, давным-давно, мы делили Вселенную со 100 миллиардами галактик, но теперь у нас остался единственный остров звезд, плавающий в невыразимо обширном и невыразимо пустом космосе. Таким можно будет увидеть Млечный путь, когда Вселенная постареет еще на 100 миллиардов лет. Виновником такого одинокого будущего является темная энергия, таинственная сила, заставляющая расширяться Вселенную с нарастающим ускорением. Через миллиарды лет от нас, это расширение уведет все остальные галактики за космический горизонт, туда, откуда их свет никогда не сможет достичь нас. И наша галактика останется единственной в наблюдаемой человеком Вселенной. Такой, будоражащий воображение образ, заставляет некоторых исследователей задуматься над идеей перемещения нашей галактики в иное, более гостеприимное место. Другие исследователи более оптимистично говорят о нашей судьбе и пытаются ответить на вопрос, а что же космологи будущего будут в состоянии сказать о Вселенной, в которой живут.

Мы живем в очень удачное время космической истории, поскольку можем довольно пристально рассматривать с помощью телескопов ночное небо, пылающее от миллиардов галактик. Отслеживая их движение, мы пришли к выводу, что в прошлом наша Вселенная была много меньше и 13,7 миллиарда лет назад она была рождена во взрыве, который мы называем Большим Взрывом.

Перенесемся на 100 миллиардов лет вперед и тогда увидим, что в нашей Вселенной больше нет галактик, кроме нашей. Конечно в это время такая наука, как космология стала бы просто невозможной. Или это не так?

В октябре прошлого года Абрахам Лоеб, The centre for Astrophysics at Harvard University, выступил с публичной лекцией на тему “Вселенная в отдаленном будущем”. Он говорил, что законы физики и космологии настолько точны, что в состоянии предсказать, что произойдет с нашей Вселенной через миллиарды лет. После его лекции множество людей задали ему один и тот же вопрос — В состоянии ли будет человеческий разум, если он будет еще существовать, выяснить столько много о Вселенной, насколько это можем выяснить мы? Этот вопрос заинтриговал Лоеба и в свободное от занятий со студентами время он занялся изучением этой идеи.

Довольно быстро он выяснил, что большинство астрономов были слишком пессимистичны. Невероятно, но будет существовать способ исследовать космологию Вселенной и через 100 миллиардов лет от нашей эры. “Когда нет больше галактик, чтобы использовать их в качестве индикаторов расширения Вселенной, возможно для этой цели использовать другие астрономические тела”, — говорит Лоеб. Чтобы понять смысл данного утверждения, мы должны сначала понять, что случится с нашей Вселенной и, в частности, с нашей галактикой более чем за сотню миллиардов лет. За этот огромный промежуток времени с нашим Млечным Путем произойдут два основных события – одно драматическое, а второе не столь драматическое, но одинаково серьезные по своим последствиям. Эти последствия породит гравитация нашей соседней галактики, туманности Андромеды, которая в результате взаимного притяжения галактик движется к нам. В течение нескольких миллиардов лет гигантская спиральная галактика будет все больше и больше проявляться в нашем ночном небе, пока мы не увидим две полосы звезд, вместо одной, отражающей Млечный Путь. Через 2,3 миллиарда лет она пролетит около Млечного пути. Ее гравитация вызовет немного больший эффект, чем звездная рябь в нашей галактике. Но это событие явится генеральной репетицией главного события. Подобно маятнику, проходящему самую нижнюю точку траектории и возвращающемуся назад, вернется и Андромеда. И на сей раз столкнется с Млечным Путем, вызвав катастрофу. В результате сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центрах обоих галактик, сольются, и движение окружающих их звезд обратится в хаос. “Там, где когда-то было две спиральных галактики, возникнет сферический рой звезд”, — утверждает Лоеб. “В суматохе наше Солнце будет отброшено от своего положения (26 000 световых лет от центра галактики) приблизительно до 60 000 световых лет от центра нового образования”

(Эмуляцию процеса столкновения Млечного Пути и Андромеды можно увидеть здесь)

Лоеб и другие смоделировали возникшую эллиптическую галактику Майлкомеда (Milkomeda). Именно в этой галактике массивные яркие звезды сожгут все свое топливо и погибнут. Это же ждет и наше Солнце. Через 5 миллиардов лет оно выработает все ядерное топливо и перестанет быт звездой, дающей жизнь на Земле. Оно раздуется в красный гигант, возможно поглотив при этом Землю. Затем сожмется до земных размеров, исчезнув при этом как звезда. “К этому времени наши потомки, если они будут еще существовать, вынуждены будут оставить нашу планету”.- говорит Лоеб. К счастью, нехватки альтернатив для размещения человечества не будет. Приблизительно 70% оставшихся звезд будут иметь массу порядка солнечной и меньше. Это будут красные, низкоэнергетические звезды, крайне скупо расходующие свое ядерное горючее. Такие звезды могут гореть в течение 10 000 миллиардов лет. “И они имеют пригодные для жизни зоны, и планеты, находящиеся в этих зонах, могли бы поддерживать жизнь” — надеется Лоеб.

Вид неба на планете, вращающейся вокруг красного карлика, отнесенного во времени от нас на 100 миллиардов лет, очень сильно отличался бы от нашего ночного неба. Мы видим на земном небе тысячи звезд, видимых невооруженным взглядом, но через 100 миллиардов лет, ни одна из звезд не будет достаточно яркой, чтобы своим светом пронзить темноту. Еще печальней был бы вид Вселенной в телескоп, а если быть точнее, то отсутствие всякого вида. Темная энергия обладает отталкивающей гравитацией, которая ускоряет расширение Вселенной. Удивительно, но темная энергия становится все более мощной по мере расширения Вселенной. Если Вселенная удваивается в своем объеме – темная энергия тоже удваивается и так далее. Поэтому не гравитация управляет Вселенной, а темная энергия.

Расширение Вселенной разгоняет галактики, в конечном итоге заставляя их убегать от нас со скоростью, равной скорости света. Когда такое произойдет, свет от этих галактик не сможет достигнуть нас. Поэтому астрономы через 100 миллиардов лет будут наблюдать за обширной темной пустошью, совершенно лишенной галактик. Казалось бы, что в подобных условиях говорить о космологии станет делом, полностью бесперспективным. Однако работа Лоеба показывает, что это не совсем так. Одним из объектов его исследования стала группа замечательных объектов, называемых гиперскоростными звездами. Эти объекты были обнаружены в 2005 году Уорреном Брауном, Гарвард, Уоррен Браун обратил свое внимание на молодую горячую синюю звезду, летящую через ореол Млечного Пути наружу с удивительной скоростью 850 километров в секунду. “Новые звезды не могут рождаться в ореоле и, обнаружение ее именно там, выглядело как воспаленный большой палец руки”, — говорит Лоеб. ”Эта звезда была явно не оттуда”. Звезда, находящаяся на расстоянии 250 000 световых лет от центра галактики, летящая с такой скоростью, в состоянии преодолеть силы гравитации Млечного Пути в целом. Единственная вещь, которая могла бы разогнать звезду до такой скорости это прохождение звезды вблизи сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре нашей галактики. Со времени открытия первой гиперскоростной звезды было обнаружено еще 14 подобных объектов. Согласно Лоебу, наша супермассивная черная дыра выбрасывает звезду из галактики примерно каждые 100 000 лет с тех пор, как 10 миллиардов лет назад родилась наша галактика. Лоеб утверждает, что уже было изгнано приблизительно 100 000 звезд и самые ранние “изгнанники” уже удалились от галактики на 50 миллионов световых лет.

Именно такие звезды, изгнанные сверхмассивной черной дырой Майлкомеды, по утверждению Лоеба, могут сыграть роль космологических индикаторов. Обнаружение таких суперслабых звезд, мчащихся вдаль от Майлкомеды, будет делом нелегким. Но, поскольку мы их наблюдаем, это смогут сделать и астрономы далекого будущего. Ключом к построению космологии будущего будет являться эффект Доплера, эффект смещения спектра света, излученного звездой, в красную область, если звезда удаляется. Причем, чем дальше уходит звезда, тем это смещение спектра сильнее. Таким образом, измерение эффекта Доплера скажет Вам, насколько расширилась Вселенная с тех пор, как этот свет был излучен. Проводя эти измерения для гиперскоростных звезд на различных расстояниях, космологи Майлкомеды будут в состоянии фиксировать расширение Вселенной, фиксировать точно таким же способом, каким мы обнаружили в свое время космическое ускорение, используя для этого взрывы сверхновых звезд в других галактиках.

Поскольку Вселенная расширяется, плотность материи становится все меньше. Таким образом, будущие астрономы будут в состоянии определить, когда в прошлом материя была более плотная, и они будут в состоянии указать точно, когда отталкивающая сила темной энергии преодолела гравитацию. Гиперскоростные звезды смогут дать им важную информацию непосредственно о Майлкомеде. Прежде, чем изгнанные звезды уйдут от галактики и будут ускорены космическим расширением, их скорость будет уменьшаться под действием гравитации всех звезд и материи в Майлкомеде. Наблюдая торможение этих звезд, будет возможно сделать вывод о массе и плотности Майлкомеды.

Удастся ли этим космологам ответить на вопрос о возникновении Вселенной? Сегодня мы можем наблюдать тусклое послесвечение, оставшееся после Большого Взрыва. Это космическое микроволновое фоновое излучение, имеющее характерную длину волны. Реликтовое излучение. “Но через 1000 миллиардов лет длина волны этого излучения, равная сегодня примерно двум миллиметрам, станет большей, чем размеры наблюдаемой Вселенной”, утверждает Лоеб. “И это излучение практически станет недоступным для изучения”. Невероятно, но и тут не все потеряно. Лоеб указывает на легкие элементы – гелий, водород, литий и т.д. Легкие звезды, преобразующие в своих ядрах водород в гелий, смогут обеспечить превращение в гелий всего нескольких процентов водорода Вселенной. Но уже сейчас мы можем говорить, что гелий составляет 25% всей массы Вселенной. Единственное объяснение этому факту заключается в утверждении, что на ранних этапах формирования Вселенная прошла сверхплотную, сверхгорячую фазу, в которой и образовался современный гелий. Таким образом, изобилие легких элементов в Майлкомедии скажет космологам будущего, что Вселенная испытала горячий Большой Взрыв, говорит Лоеб. “Вопреки всем ожиданиям, астрономы будущего будут в состоянии воссоздать всю историю Вселенной”, — утверждает Лоеб.

Фред Адамс, University of Michigan, заинтересовался предложением Лоеба использовать гиперскоростные звезды для исследования космического расширения. Но он указал и на недостатки этой идеи. “Даже наименьшие, дольше всех живущие звезды сожгут свое топливо приблизительно за 10 миллиардов лет. А тогда мы снова оказываемся вне игры”, — говорит он.

Но не каждый исследователь столь оптимистичен по отношению к будущему Вселенной, как Адамс и Лоеб Фримен Дайсон, Institute for Advanced Study in Princeton, потрясен перспективой существования в будущей Вселенной одинокой, суперунылой галактики. “Обрисовывается мрачная картина будущего, ждущего наших потомков”, пишет он в своем послании Лоебу. Дайсон размышляет по поводу возможности изменения подобного будущего в результате вмешательства разума. Он задается вопросом, могла ли бы высокоразвитая цивилизация переместить галактики, используя энергию их гравитации. Концентрируя их в одной гигантской супергруппе, жители этих галактик по крайней мере останутся вместе, в то время как остальные галактики исчезнут за горизонтом. “Наши потомки остались бы, общаясь с обитателями 100 миллионов галактик, вместо того, чтобы оставаться в одиночестве”, — мечтает Дайсон. На что Лоеб отвечает, что проще было бы найти группу галактик с большой концентрацией, вроде группы Комы, и перелететь туда. “Хоть поездка на расстояние 320 миллионов световых лет была бы очень длинной, но это намного легче, чем преобразовывать космос”, — говорит он.

Даже если наши потомки останутся в пределах одной галактики, то им не будет одиноко, утверждает Грэг Логлин, University of California at Santa Cruz, “Майлкомедия будет содержать свыше 100 000 миллиардов карликовых звезд и более 100 миллиардов планет. Это множество миров, доступных для исследования, таким образом, будущее, по крайней мере на ближайшие 100 миллиардов лет, не будет слишком скучным”, — говорит Логлин.

В заключение своей статьи Лоеб высказал довольно причудливую мысль. Он написал: «Моя статья, единственная из всех, которые я когда либо писал, имеет шанс на то, чтобы быть процитированной через 1000 миллиардов лет”.

Источник

Краткая хроника далекого будущего Земли: от 10 тысяч лет до триллионов

Человечество живет на планете Земля всего несколько тысячелетий. Самые ранние появления поселения людей появились примерно 6-8 тысяч лет назад. Для развития человека это огромный срок, но, если смотреть в масштабах всей планеты — это лишь краткий миг.

Возраст нашей Земли — 4,54 миллиарда лет. Что для нее 8 тысяч существования человека? Но вот наша судьба тесно связана с климатом и состоянием планеты. Уже сейчас ученые отмечают перемены, а это заставляет задуматься о будущем. Конечно, точно сказать, что будет с планетой через миллионы лет нельзя. Но при наличии современных технологий можно предположить!

Пользователь сети WannaWanga составил краткую хронику далекого будущего Земли. Конечно, это лишь научные предсказания, ведь проверить мы их, к сожалению, не сможем!

10 тысяч лет

Угроза глобального потепления уже давно стоит перед учеными со всего мира. Если крупнейший подледниковый бассейн Уилкса растает, то он поставить под угрозу Восточно-Антарктический ледовый покров. Уровень моря поднимется на 3-4 метра, и это приведет к серьезным последствиям.

Впрочем, австралийский физик-теоретик Брэндон Картер предположил, что в ближайшие 10 тысяч лет человечество исчезнет с лица Земли. Нельзя с уверенностью утверждать, что так и будет. Но если люди останутся жить на планете, тогда спустя 10000 лет между ними не будет региональных генетических различий.

13 тысяч лет

Из-за процесса прецессии земной оси, наклон Земли станет еще больше. Это означает, что времена года в Северном полушарии получат еще более выраженные сезонные колебания. Разница между зимой и летом станет еще более экстремальной.

15 тысяч лет

Существует теория сахарского насоса, согласно которой из-за прецессии полюсов Земли Североафриканский муссон уйдет на север. В пустыне Сахара вновь будет царить тропический климат, как это происходило примерно 5-10 000 лет назад.

20 тысяч лет

Все знают о чернобыльской катастрофе, которая произошла в 1986 году. Зона отчуждения из-за аварии составила 2600 кв. км, и на этой территории нельзя жить людям. Только спустя 20 000 лет эта местность станет полностью безопасной для проживания.

36 тысяч лет

Маленький красный карлик Росс 248 станет в это время ближайшей звездой от Солнца. Минимальная дистанция между ними составит 3,02 световых года. Сближение Солнца и Росс 248 продлится около 8 тысяч лет, затем ближайшей звездой станет Проксима Центавра.

50 тысяч лет

Ниагарский водопад разрушит за эти годы последние 32 км преграды, оставшиеся до озера Эри. Таким образом он прекратит свое существование. По словам ученых, межледниковый период заканчивается и, несмотря на глобальное потепление, Земля вернется в ледниковый период. За это время многие ледниковые озера канадского щита будут стерты после восстановления и эрозии ледников.

100 тысяч лет

Гипергигант в созвездии Большого Пса VY Canis Majoris взорвался в суперновую звезду. Движение звезд по Млечному пути сделает многие созвездия неузнаваемыми. На Земле тем временем произойдет супервулканическое извержение, в ходе которого извергнется 400 кубических километров магмы. Для сравнения, этот объем примерно равен озеру Эри.

200 тысяч лет

Из-за движения небесных тел через пространство знакомые нам созвездия перестанут существовать. Больше не будет Большой Медведицы, Ориона или Персея. Молодой подводный вулкан Лоихи возле Гавайев станет островом и поднимется над водой. Сейчас он скрыт под водой на расстоянии 975 м от поверхности.

300 тысяч лет

К этому времени звезда Вольфа-Райета из двойной звездной системы WR 104 взорвется в сверхновую. Ученые предполагают, что этот взрыв может спровоцировать гамма-всплеск, который уничтожит четверть атмосферного слоя Земли. Соответственно, все живое тоже будет уничтожено. Это произойдет, если полюсы Вольфа-Райета будут выровнены на 12 градусов или ниже по отношению к Земле.

500 тысяч лет

Земля в этот период, скорее всего, поражена астероидом диаметром 1 километр. Ядерное топливо, отработанное в сегодняшних реакторах, наконец, станет безопасным. Глобальный процесс ледникового периода будет отложен до тех пор, пока не закончатся все виды ископаемого топлива.

1 миллион лет

Земля претерпела супервулканическое извержение, которое извергнет 3200 кв. км лавы. Оно сравнимо с извержением вулкана Тоба, которое состоялось 75 тысяч лет назад от наших дней. Красный сверхгигант Бетельзейзе взорвется в сверхновую. Стекла, созданные в наши дни, наконец, разрушатся. Все созданное человеком погибнет, кроме таких массивных строений как пирамиды Гизы.

2 миллиона лет

За это время восстановятся экосистемы коралловых рифов от антропогенного подкисления океана. Примерно столько же время заняло восстановление морских экосистем, которое произошло 65 млн лет назад. Гранд-Каньон разрушится и образует широкую долину вокруг реки Колорадо.

10 миллионов лет

Восточноафриканская рифтовая долина окажется полностью затопленной Красным морем. Новый океанический бассейн разделит африканский континент на Нубийскую и Сомалийскую долины. Большинство современных видов живых существ вымрут, но другие преобразуются в новые виды.

50 миллионов лет

В этот период Фобос, искусственная Луна Марса, столкнется с красной планетой. Кристофер Скотес утверждает, что движение разлома Сан-Андреас приведет к слиянию местоположения Лос-Анджелеса и Сан-Франциско. Столкновение Африки и Евразии закроет бассейн Средиземного моря и создаст горный хребет, похожий на Гималаи. Вершины гор Аппалачи разрушатся.

100 миллионов лет

Этот срок — максимальная продолжительность жизни колец Сатурна. Земля будет поражена астероидом, который можно сравнить с тем, что вызвал вымирание 66 млн лет назад.

250 миллионов лет

Все континенты Земли сольются в суперконтинент. Три возможных расположения этого образования названы Амазия, Новопангия или Пангия Ультима. Из-за движения на север западное побережье Северной Америки и побережье Калифорнии столкнется с Аляской. Солнечная система совершит целую революцию вокруг Млечного пути.

600 миллионов лет

Восходящая светимость Солнца приводит к тому, что нарушается карбонатно-силикатный цикл. Поверхностные породы будут выветриваться, а углекислый гад будет поглощаться землей как карбонат. Уровень углекислого газа упадет до того, что фотосинтез будет невозможен. Леса не смогут выжить, вызывая массовое вымирание растительности на Земле. Луна переместиться от Земли так далеко, что полное солнечное затмение будет невозможно.

800 миллионов лет

Уровень углекислого газа упадет, фотосинтез будет невозможен. Свободный кислород и озоновый слой исчезнут из атмосферы, и смертоносный ультрафиолет достигнет поверхности. Некоторые животные, возможно, выживут в океанах. Но из-за уменьшения уровня кислорода в воде, практически все многоклеточные существа вымрут. Единственная жизнь на планете — одноклеточные бактерии.

1 миллиард лет

Светимость Солнца поднялась на 10%, из-за этого температура Земли в среднем достигла 47 градусов. Планета станет теплицей, а океаны будут испаряться. Еще в некоторых местах сохранятся карманы воды с жизнью, например, на полюсах или высоких точках. 1,3 млрд — вымрет эукариотическая жизнь на Земле, останутся только прокариоты.

2 миллиарда лет

Внешнее ядро Земли замерзает, а внутреннее продолжает расти со скоростью 1 мм в год. Без жидкого наружного ядра магнитное поле Земли отключится, а частицы, исходящие от Солнца, будут истощать атмосферу. Температура планеты достигнет 149 градусов Цельсия, вся жизнь полностью исчезнет.

3 миллиарда лет

Есть примерно 1 из 100 тысяч шансов, что Земля будет выброшена в межзвездное пространство, и 1 из 3 миллионов, что она будет захвачена другой звездой. Если бы это произошло, жизнь могла бы продолжаться на планете гораздо дольше.

4 миллиарда лет

Галактика Андромеды столкнется с Млечным путем и сольется вместе. Эта медианная точка получит название Милькомеда. Планеты Солнечной системы, предположительно, останутся без изменений в результате столкновения.

5 миллиардов лет

Водород в основе Солнца исчерпает себя, и звезда начнет эволюционировать в красного гиганта.

7 миллиардов лет

Земля и Марс окажутся в ловушке из-за расширения Солнца до сверхгиганта. Земля и Луна, скорее всего, будут поглощены Солнцем, ведь его максимальный радиус превысит нынешний в 256 раз. До столкновения атмосфера Земли будет полностью утрачена, поверхность будет состоять из лавового океана с температурой 2130 градусов Цельсия. Спутник Сатурна Титан, который очень похож на Землю, получит необходимый уровень температуры для возникновения жизни. Когда Солнце станет сверхгигантом, будут уничтожены Меркурий, Венера, и возможно, Земля с Марсом.

8 млрд лет

Солнце станет углеродно-кислородным белым карликом с размером примерно 54% от его нынешнего состояния. Если вдруг Земля выживет, что маловероятно, скоро температура на ней и других планетах станет быстро падать. Белое карликовое Солнце будет излучать намного меньше энергии, чем сейчас.

14 млрд лет

Солнце становится черным карликом. Его температура и светимость падают, делая его невидимым для человеческих глаз. Конечно, людей на тот момент больше не существует…

22 млрд лет

В сценарии Большого разрыва произойдет конец Вселенной. За 20 млн лет до конца скопления галактик будут уничтожены. За 60 млн лет галактики будут терять звезды по краям, а полностью распадутся через 40 млн лет. За три месяца до разрыва системы станут гравитационно несвязанными. За 30 минут до конца все объекты испаряться в атомы, а за 10 секунд атомы распадутся на части. Вселенная войдет в разрыв сингулярности и расстояния скажут бесконечно большими.

50 млрд лет

Если случится такое, что Земля и Луна не будут поглощены Солнцем, то к этому времени они придут в порядок. Вращение Земли ускорится, а лунная орбита распадется из-за приливного действия белого карлика Солнца.

100 млрд лет

Процесс расширения вселенной заставит все галактики за границами бывшего Млечного пути исчезать за горизонтом космического света.

1 триллион лет

После расширения Вселенной наступит фаза Большого сжатия. В зависимости от длины фазы расширения события фазы сжатия будут происходить в обратном порядке. Суперкластеры галактик сначала будут сливаться, затем будут скопления галактик, затем сами галактики. Температура космического фона достигнет 100 000 градусов Цельсия, из-за чего звезды больше не смогут выбрасывать свое тепло.

За несколько минут до Большого сжатия атомные ядра будут распадаться и засасываться черными дырами. Все черные дыры объединяться в одну, которая поглотит всю материю во Вселенной и позже саму Вселенную. После этого возможен новый Большой взрыв и появление новой вселенной. Эта теория пока не доказана свойствами темной материи.

100 триллионов лет

В галактиках будут сформированы новые звезды. Это знаменует переход от Первобытной эры до Эры дегенератов. Отсутствие свободного водорода не позволит формировать новые звезды, и оставшиеся будут исчерпывать свое топливо и умирать через 110-120 триллионов лет. Столкновения между звездными остатками будут создавать сверхновые.

10 10 50 лет

Существует возможность появления Больцмановского мозга — гипотетического объекта, который может обладать разумом. Он может возникнуть в ходе флуктуаций в любой системе. Если не вникать в термины, может появится мозг Вселенной, названный в честь Людовика Больцмана.

Конечно, человечество не сможет проверить вероятность всех этих событий. Если судить по этим расчетам, мы на планете уже не будем существовать уже в ближайшие 10 тысяч лет.

Нравится статья? Поддержи наш проект и поделись с друзьями!

Источник