Что если бы Вселенная перестала расширяться
Известная нам Вселенная появилась около 13.8 млрд. лет назад. С момента Большого Взрыва она продолжала расширяться и теперь перед нами необъятные просторы, которые все еще увеличиваются. Но что будет, если расширение остановится?
Представьте, что галактики, звезды и планеты перестанут отдаляться друг от друга. Чего ожидать? На самом деле, многие с опаской относятся к расширяющейся Вселенной, ведь в далеком будущем объекты отдалятся, расстояния между звездами и галактиками увеличится настолько, что мы будем наблюдать мрачное небо и останемся в одиночестве.
Однако в расширении есть свои плюсы, и лишиться этой особенности было бы нежелательно. О расширении подозревали давно, но окончательно доказать это смог Эдвин Хаббл в 1929 году. До этого бытовая идея со статичной Вселенной.
На этом коллаже показаны изображения шести разных галактических скоплений, сделанные при помощи космического телескопа НАСА Хаббл. Кластеры были обнаружены во время попыток исследовать поведение темной материи в галактических скоплениях при их столкновении .
Физикам было сложно принять идею с расширяющейся Вселенной, которая при этом еще и ускоряется. Все думали, что сила тяжести должна тормозить расширение. Чтобы как-то объяснить это открытие, придумали силу, которая ускоряет вселенское расширение. Сегодня мы знаем ее как темную энергию.
Давайте рассмотрим два сценария. В первом темная энергия уменьшит влияние, но все еще противостоит гравитации. В таком случае, мы получим статичное космическое пространство, описанное еще Альбертом Эйнштейном. То есть, исключается сжатие и расширение.
В таком космическом пространстве звезды со временем истощат запасы газа. Существующие звездные объекты сгорят, а новые не смогут появиться. Постепенно космическое пространство значительно потемнеет, а его просторы заполнятся жуткими черными дырами. Землянам не суждено погрузиться во тьму, так как нас намного раньше поглотит Солнце на стадии красного гиганта.
Статичность приведет и к падению температуры. Она приблизится к -273.15°C (абсолютный ноль), где даже атомы потеряют способность перемещаться. Жизнь полностью прекратит свое существование.
Да уж, звучит жутко. Давайте тогда посмотрим на второй сценарий, где темная энергия полностью потеряла влияние и перестала создавать сопротивление силе гравитации. К сожалению, ситуация не станет для нас лучше.
Гравитация превратится в полноценную хозяйку и начнет тянуть все назад к первостепенной точке. То есть, космическое пространство запустит процесс сокращения. Галактики сократят дистанцию, начнут сталкиваться и сливаться, пока не создают единую масштабную галактику.
Столкновение звезд увеличит температуру космоса, и мы снова увидим множество черных дыр. Но теперь эти чудовища будут активно поглощать ближайшие звезды и планеты. Когда «пища» закончится, они начнут есть себе подобных. В теории все завершится созданием гигантской сверхмассивной черной дыры, которая втянет Вселенную в одну точку.
Возможные варианты конца Вселенной
Это сценарий Большого Хруста – одна из теорий потенциальной смерти Вселенной. Но, возможно, все не так плохо. Некоторые считают, что из новой точки возникнет еще один Большой Взрыв, а с ним и рождение новой Вселенной. Нас уже не будет, чтобы порадоваться, но все же приятно, что у космического пространства есть шанс на возрождение.
В любом случае, человечество не увидит, как изменится Вселенная после прекращения расширения, ведь нас уничтожит родное Солнце. Сложно представить и гибель Вселенной, так как мы все еще не понимаем природу темной энергии. Но с каждым годом ученые добывают все больше знаний и, возможно, мы успеем постигнуть эти тайны.
Источник
Что будет когда вселенная перестанет расширяться
Какая судьба ждет нашу Вселенную? Что с ней происходит сейчас? Есть ли на других планетах жизнь? Накануне Дня космонавтики делимся с вами несколькими любопытными гипотезами ученых и ответами на волнующие вопросы о нашей Вселенной из энциклопедии «Как работает наука».
Чем все закончится?
Точная судьба Вселенной остается неизвестной. Ученые постоянно спорят, что случится с ней в будущем. Возможно, Вселенная сколлапсирует и перестанет существовать, и тогда произойдет новый Большой взрыв. Возможно, она остынет и остановится. А может, она погибнет неожиданно и окончательно или, напротив, будет бесконечно расширяться.
Несколько сценариев развития Вселенной
Большое сжатие
Некоторые космологи считают, что со временем воздействие темной энергии ослабеет и гравитация возьмет верх, после чего Вселенная перестанет расширяться и начнет сжиматься. Спустя триллионы лет галактики столкнутся. Температура Вселенной возрастет до такой степени, что звезды начнут взрываться. Атомы распадутся, и образовавшаяся огромная черная дыра поглотит все, включая саму себя. Некоторые ученые считают, что из-за столкновения частиц друг с другом произойдет второй Большой взрыв — Большой отскок.
Большое замерзание
Теория Большого замерзания, или тепловой смерти Вселенной, предполагает, что Вселенная продолжит расширяться до тех пор, пока вся материя и энергия не будут в ней распределены равномерно. В результате концентрации энергии будет недостаточно для образования новых звезд. Температура упадет до абсолютного нуля, звезды погаснут, а вслед за ними и вся Вселенная.
Большой разрыв
В сценарии под названием Большой разрыв Вселенная со временем просто разорвется. Если пространство между галактиками заполнено темной энергией, которая противостоит гравитации, то Вселенная будет расширяться все быстрее и быстрее, пока скорость расширения не достигнет скорости света. Гравитация больше не сможет удерживать материю, и все во Вселенной, даже галактики, черные дыры и пространство-время, просто разорвется.
Большое поглощение
Теория Большого поглощения оперирует такими понятиями, как бозон Хиггса и поле Хиггса (нечто вроде электромагнитного поля, существующего повсюду), которое еще не достигло состояния наименьшей энергии или «вакуума».
Достигнув состояния истинного вакуума, поле Хиггса может преобразовать материю, энергию и даже пространство-время, создав альтернативную Вселенную, которая раздуется со скоростью света, как пузырь. Все во Вселенной, имеющейся на данный момент, прекратит существовать.
Текущее состояние Вселенной
С момента своего появления почти 14 млрд лет назад Вселенная постоянно расширялась. Галактики продолжают удаляться друг от друга, и результаты наблюдения за дальними сверхновыми позволяют предположить, что расширение набирает скорость. Это может свидетельствовать о существовании силы с отрицательным давлением, известной как темная энергия, которая противостоит гравитации. Если эта сила будет оказывать значительное влияние, наиболее вероятной судьбой нашей Вселенной будет бесконечное расширение.
Одиноки ли мы?
Ученые обнаружили уже тысячи внесолнечных планет, или экзопланет, то есть таких, которые находятся за пределами Солнечной системы. Ученые также рассчитали, что в нашей Галактике должны быть десятки миллиардов планет, пригодных для жизни. Но есть ли она там?
Поиски новой Земли
Для поиска экзопланет астрономы, в частности, изучают малейшее влияние, которое те оказывают на свои звезды. Если им удается найти планету, похожую на Землю по размерам и удаленности от звезды, они анализируют ее атмосферу: содержатся ли в ней необходимые для жизни элементы? Но многие из открытых экзопланет совсем не похожи на Землю.
Обитаемая зона
Обитаемая зона также называется зоной Златовласки. Это отсылка к английской сказке о девочке Златовласке, которая, попав в дом трех медведей, выбрала горшочек с не слишком горячей и не слишком холодной кашей — «в самый раз». На поверхности планеты из обитаемой зоны будет такая температура, при которой вода останется в жидком состоянии, хотя для развития жизни должно соблюдаться еще множество других условий. Впрочем, сегодня ученые склоняются к мысли, что планеты с большим количеством жидкой воды могут находиться и за пределами обитаемой зоны.
Скачайте космически красивый чек-лист волшебства→
Что делает планету обитаемой?
Есть несколько условий, при которых планета может быть пригодна для развития жизни. Ключевые — температура и вода.
Если планета находится слишком близко к звезде, ее поверхность закипит, а если слишком далеко — замерзнет.
Ближайшая звезда должна быть стабильной и светить достаточно долго, чтобы на планете развивалась жизнь.
На вращающейся планете с наклонной осью есть дни, ночи и времена года, что защищает ее от радикальных перепадов температуры.
Планета с жидким ядром обладает магнитным полем, которое защищает потенциальную жизнь от магнитного излучения.
На поверхности должна присутствовать влажная среда или жидкая вода (или другая жидкость, которая может выполнять схожие функции).
Нужны «строительные материалы» для жизни: углерод, азот, кислород, водород и сера.
Плотная атмосфера защищает от излучения, предотвращает утечку газов и сохраняет на планете тепло.
Планета с большой массой обладает притяжением, которое не позволяет атмосфере улетучиться.
Планет, потенциально пригодных для жизни, — миллиарды, и с момента появления Млечного Пути прошло уже достаточно времени, чтобы какая-нибудь цивилизация развилась и колонизировала его. Почему же никто до сих пор не вступил с нами в контакт? Вполне возможно, что жизнь действительно крайне редкое явление и мы одни во вселенной.
Источник
Как исчезнет Вселенная: четыре прогноза учёных
Что мы знаем о прошлом? Довольно много — сегодня ученые могут рассказать вам о том, что происходило во Вселенной после Большого взрыва до миллисекунд, как образовались галактики, звезды, планеты и мы. Но ведь у всего есть конец — правда? Когда-нибудь не станет человечества, возможно, мы сами убьем себя либо нас убьют супербактерии… Ну а если ни того, ни другого не случится, тогда мы стопроцентно погибнем от нашего творца — крайне маленькой, пока еще дружелюбной звезды Солнце. Случится это ориентировочно через 4,5 миллиарда лет, тогда звезда увеличится до масштабов красного гиганта и поглотит все ближайшие планеты с твердой поверхностью — Меркурий, Венеру, Землю и Марс.
Однако все живое умрет куда раньше: примерно через миллиард лет. Ученые, исследуя уровень светимости и теплового излучения Солнца, заметили, что его температура постоянно растет. Каждый 1 миллиард лет это значение увеличивается на 10%. Такого отклонения от нынешней нормы хватит для того, чтобы испарились все реки, моря и океаны на Земле, сделав её горячей, безжизненной и огромной пустынной планетой. Примерно в таком состоянии сейчас находится Марс. Кстати о Марсе.
Многие организмы и животные будут вынуждены мигрировать к полюсам, где температура будет ниже, но и это не будет спасением. Выжить смогут лишь немногие бактерии и подземные формы жизни.
Через 1 миллиард лет наша планета пострадает не только от засухи и глобального изменения климата, вызванного повышением температура и солнечной радиации, но еще и от того, что Земля сместится в так называемую «зону необитаемости». То есть на такое расстояние, при котором ничего живое, в нашем понимании, существовать не сможет. По крайней мере, человечество уж точно. А вот Марс, наоборот, к тому времени будет находится в диапазоне от 49 до 70 астрономических единиц, при котором мы смогли бы вполне комфортно на нем жить. Поэтому исследовать Красную планету и искать способы пермещения на неё важно. Но, к сожалению, жизнь на Марсе сможет существовать тоже отнюдь недолго. Когда-нибудь и на нем станет слишком жарко, поэтому важно искать способы покинуть Солнечную систему и переместиться на другую планету, чтобы продолжить свой род. Случится это или нет — покажет только время. В любом случае, мне кажется, что ничего лучше Земли мы не найдем. И стоит позаботиться о комфортном пребывании и продолжении нашего рода здесь — на нашей родной синей планете.
Даже если мы и сможем найти достойную замену нашей Земле, где мы полноценно обустроимся, привычная структура Вселенной когда-то исчезнет. Но откуда мы это знаем? Как мы можем узнать то, что случится через несколько миллиардов или триллионов лет? Почти так же, как мы узнаем погоду. Да, возможно, не самое удачное сравнение, но тем не менее. Для того, чтобы узнать, что будет завтра за окном, метеорологи по всему миру запускают в небо зонды, которые собирают информацию о температуре, направлении ветра, влажности, давлении. Спутники создают карту облаков.
После, собранные данные анализируются. Когда этих данных много, и мы знаем, какая погода сейчас, например в Санкт-Петербурге, мы может сопоставить эту информацию с данными движения ветра и спрогнозировать, что дождевое облако принесет непогоду в Москву. Со Вселенной все так же, только используемые технологии в разы масштабнее. С помощью радиотелескопов мы можем наблюдать за звездами, галактиками и даже черным дырами. Совсем недавно проект телескопа горизонта событий смог запечатлеть тень черной дыры в радиодиапазоне. Это я все к тому, что качество наших наблюдений за космосом стало удивительным и со всеми полученными данными мы в силах работать. Зная практически все о жизненном цикле звезд, гравитации и черных дырах, ученые в силах, пускай не стопроцентно, но предсказать, что станет с нашей Вселенной потом — спустя миллиарды лет. Всего выдвинуто четыре основные теории, о всех них мы сегодня с вами поговорим.
Тепловая смерть Вселенной
Наше пространство, время и материя когда-то находились в бесконечно маленькой точке — сингулярности. В этом состоянии все привычные нам законы физики еще не работали. Однако уже в момент 0,00000001 секунды после Большого взрыва пространство начало расширяться, и скорость этого расширения с годами только росла и продолжает расти. Откуда ученые это выяснили? Опять же — из наблюдений за галактиками. Если исследовать любую отдаленную от нас галактику в течение некоторого времени, то можно увидеть так называемый эффект красного смещения — это когда световые волны меняют свою длину и переходят в красный спектр. Об этом я рассказывал в одном из прошлых материалов. Так вот — кроме красного смещения меняется и интенсивность излучения, её визуальные размеры. Если галактика находится на большом расстоянии, скажем, в двух мегапарсеках, то скорость удаления будет в два раза больше. Если в трех, то в три раза и так далее.
Что заставляет пространство расширяться? Ученые называют это тёмной энергией. Темная энергия — это гипотетический вид энергии, который оказывает антигравитационное воздействие на пространство. Пока мы точно не знаем, что это. Практическое открытие тёмной энергии позволит нам узнать лучше, что будет в будущем, а также понять механику пространства и то, почему Вселенная расширяется.
Если теория верна, а наблюдения не врут, то Вселенная продолжит экспоненциально расширяться, постоянно увеличивая скорость. Температура пространства будет падать, звезды продолжат тратить свои энергетические запасы, постепенно эволюционируя в красных гигантов. За миллиарды лет все небесные светила выгорят. Вселенная будет состоять из белых карликов, нейтронных звезд и чёрных дыр. Спустя 150 миллиардов лет скорость расширения Вселенной будет удалять с такой скоростью галактики друг от друга, что они будут недоступны для наблюдения. Все секреты космоса станут слишком хорошо спрятаны.
Если в то время еще будет существовать разумная жизнь, и у них будет хорошо развитая наука, то вполне вероятно, что они будут считать, что их галактика единственная во всей Вселенной. Никакие формы связи, исследования или уж тем более гипотетические путешествия к другим галактикам станут перманентно невозможными. Через триллион лет звезды перестанут рождаться, похожие на белые крупицы они будут исчезать с ночного неба одна за другой. Солнце к тому моменту, как и миллиарды других звезд, будет находиться в состоянии белого карлика. Спустя триллион лет из галактических систем звезды будут постепенно отправляться в пустое, холодное и загадочное темное пространство. Часть из них упадет непременно в сверхмассивную черную дыру. Последние белые карлики, будут сжигать последние запасы топлива, когда оно иссякнет, белые карлики станут черными карликами — безжизненными, абсолютно черными, сверхплотными звездами. Спустя 100 триллионов лет пространство Вселенной будет изредко освещаться исполняющими свой последний, предсмертный танец белыми карликами и нейтронными звездами. К этому времени расширение Вселенной сотрет все улики Большого взрыва. Космология станет бесполезной. Узнать о нашем прошлом станет невозможно, никакого реликтового излучения, о котором я рассказывал в материале «Как появилось всё», больше не будет.
Самыми яркими объектами во Вселенной к тому времени станут аккреционные диски черных дыр — будущих властительниц Вселенной. Время неумолимо продолжает идти, скорость расширения Вселенной больше не даст возможности никакому излучению галактик как-то достигать друг друга. Звезды сжигают свои последние запасы энергии. Эпоха звездного света подходит к концу, в пространстве не остается практически никаких светящихся объектов, Вселенная постепенно превращается в кладбище бесконечного числа жизней и историй. Планеты начинают покидать свои орбиты и уходят за пределы своих родных звездных систем. Через секстиллион (число с 21 нулем) лет, теоретически, может начаться процесс распада атомов на протоны, а потом и распад самих протонов. Это значит, что вся материя в пространстве будет постепенно исчезать, последние планеты, черные и коричневые карлики станут горстями песка в пучине бесконечной Вселенной. Все это, конечно, повторюсь, в теории, пока мы не знаем точно, могут ли протоны распадаться и сколько на это им нужно времени. Если все-таки такое окажется возможным, то у Вселенной времени наверняка хватит и на это. В будущем, результаты исследования протонов помогут нам лучше понять нашу судьбу. Когда протоны распадутся, в пространстве останутся лишь черные дыры и бесконечное число блуждающих в пространстве фотонов, интенсивность которых с каждой секундой будет ослабевать все больше и больше.
Эра черных дыр
Наступает новая эра — «Эра черных дыр». Глобальные события во Вселенной теперь будут измеряться отрезками не в сотни тысяч лет, как сейчас, а триллионами, квадриллионами, дециллионами лет. Черные дыры будут притягиваться друг к другу, образуются новые галактики с сверхмассивными черными дырами в центре, вокруг которых, подобно звездам, в нынешних галактиках будут вращаться черные дыры поменьше. Со временем все они будут сталкиваться и поглощать друг друга. При объединении черные дыры будут распространять гравитационные волны по всему пространству, подобно волнам на воде, которые появляются, когда бросаешь камень. Шанс возникновения жизни в эту эпоху равняется практически абсолютному нулю. Черные дыры, несмотря на свою власть, мощь и бесконечную энергию, тоже не смогут существовать вечно, спустя сотни дециллионов лет черные дыры начнут испаряться. По крайней мере так это предсказывает теория «Излучения Хокинга». Этот гипотетический процесс впервые описал на основе квантовой механики один из самых величайших ученых современности Стивен Хокинг, собственно, и название теории в его честь. Но, как будут испаряться черные дыры? Что они будут при этом излучать? Излучать они будут энергию. Никаких привычных материальных частиц вы не увидете, ведь ничто физическое не может покинуть черную дыру — однако квантовые энергетические частицы, в теории, могут это сделать. При этом процессе черные дыры будут становиться постепенно все меньше, меньше и меньше. В конечном счете они исчезнут. Когда это случится, пространство нашей Вселенной будет пустым, на просторах еще можно будет встретить последние квантовые частицы, доживающие свои последние триллионы лет жизни.
Когда они исчезнут, начнется «Эпоха вечной тьмы». Никакие события происходить во Вселенной больше не будут. Время, в нашем понимании, больше не имеет смысла. Если темная энергия все-таки есть, и она никак не изменит свои свойства, то пространство так и продолжит расширяться вечно, при этом никаких звезд, планет, черных дыр, даже самых простейших субатомных частиц больше здесь не будет. Температура со временем приблизится к абсолютному нулю. Единственной энергией в пространстве станет темная энергия, которую нам еще предстоит познать.
Большой разрыв
Однако есть еще два варианта будущего нашей Вселенной — если темная энергия есть, и она никак не изменит своей плотности, нашу Вселенную будет ждать судьба вечно расширяющегося, пустого, холодного, темного и безжизненного пространства. Если темной энергии станет больше, и её мощность увеличится, случится «Большой разрыв». Согласно этой теории из-за увеличившейся скорости расширения вся материя в пространстве — звезды, планеты, живые организмы, атомы и субатомные частицы — будут разорваны. Предполагается, что до этого осталось не так уж долго — примерно 20 миллиардов лет. Если все-таки это случится, то за 60 миллионов лет до наступления полной ликвидации всей материи расстроится структура галактик, а перед самим Большим разрывом на кусочки разрушатся планеты, а финалом станет распад атомов и субатомных частиц.
Большое сжатие
Может быть все кардинально по-другому — темная энергия со временем будет ослабевать, тогда будет постепенно уменьшаться и скорость расширения пространства. Гравитация уже не будет так слаженно удерживать галактики рядом друг с другом. Огромная сеть, включающая в себя триллионы звезд и квинтиллионы планет будет постепенно сжиматься. Звезды начнут коллапсировать в черные дыры, засасывая в себя всю окружающую материю. В итоге эти черные дыры сольются в одну. Этой гипотетической ультрамассивной черной дырой постепенно будет поглощена вся наша Вселенная. Эта теория называется «Большим сжатием».
Заключение
На самом деле гипотез о будущем нашей Вселенной значительно больше — ученые даже предполагают, что через каких-то жалких 5 миллиардов лет время просто возьмет и закончится. Если люди тогда еще будут жить, то они никак не ощутят этого. Никакого эффектного замедления времени, подобно таковому в фильме «Матрица» не случится. Само событие непосредственно предсказать или как-то увидеть невозможно. Если это произойдет, то ученые обещают, что случится это внезапно. Нашей цивилизации только предстоит разобраться в нашем будущем и прошлом. О первом мы и вовсе ничего точно не знаем. Словно наблюдатели самого большого эксперимента Шредингера. Пускай для нас эти события непостижимы — ведь не то что целый квадриллион, нам миллион лет довольно сложно представить — это кажется целой вечностью. Однако поиск ответов на эти вопросы заставляет нас двигаться вперед, развивать науку и технику, лучше понимать свойства Вселенной как явления и лучше осознавать ценность жизни. Ведь жизнь, которую нам дала природа, является крошечным мгновением между огненным рождением Вселенной и её ледяной смертью.
Источник