Гибель вселенной — как это будет?
«Каждые 13,79 миллиардолетий физики с завидным упорством запускают Большой адронный коллайдер», — шутят сотрудники ЦЕРНа. Впрочем, несмотря на гигантские успехи наук о Вселенной — космологии и космогонии, учёные до сих пор спорят о прошлом и будущем Мироздания. Один из самых горячо обсуждаемых вопросов — когда и каким образом прекратит своё существование видимая часть Вселенной, метагалактика. Проще говоря, когда же наступит (и наступит ли вообще!) конец света? Рассмотрим несколько самых популярных ответов на эти удивительные вопросы.
Смерть Вселенной
Одна из самых старых версий гибели нашего мира — тепловая смерть. Она неразрывно связана с именем выдающегося австрийского физика Людвига Больцмана (1844-1906). Согласно открытым им законам термодинамики, в любой замкнутой системе тепло распределяется равномерно и при этом энтропия (или мера беспорядка) возрастает. Если попытаться распространить этот принцип на Вселенную, то получится, что с течением времени вся материя превратится в холодное облако элементарных частиц, которое равномерно растечётся в пространстве.
Большинство космологов считают, что наш мир родился в грандиозном космическом катаклизме Большого взрыва. До этого вся материя сосредоточилась в «космологической сингулярности». Это была невообразимая бесконечно плотная точка, расположенная вне пространства-времени. По неизвестным причинам этот сгусток материи взорвался и стал расширяться, и в конце этого разлёта все звезды, конечно, погаснут. Часть из них обратятся в чёрные дыры и испарятся. При этом сами элементарные частицы разлетятся по произвольным траекториям и никогда уже не смогут собраться в небесные тела.
Сжатие с отскоком
Космологический сценарий Большого сжатия (или схлопывания) по сути представляет процесс, полностью противоположный Большому взрыву. Согласно этой теории, силы всемирного притяжения в конце концов не только остановят разлёт вещества, но и обратят его вспять. Таким образом, Вселенная начнёт сжиматься, пока все небесные тела, включая астероиды, кометы, планеты, звезды и чёрные дыры, не сольются вновь в бесконечно плотную точку.
Естественно предположить, что процесс развития мироздания от Большого взрыва до Большого сжатия может повторяться неоднократно и даже бесконечно, но есть и спорные обстоятельства. Дело в том, что в современном мире метагалактика продолжает ускоренно расширяться, причём нет никаких признаков замедления разлёта материи.
Тайна тёмной энергии
Уже в нашем веке астрономы и космологи выяснили, что около шести миллиардов лет назад «настройка» нашей Вселенной неожиданно изменилась, и далёкие галактики начали с ускорением удаляться друг от друга.
Объясняется это тем, что наш мир на 68 процентов состоит из тёмной энергии, играющей роль «вселенской расталкивающей силы». Плотность этой энергии (количество энергии на единицу объёма, — прим. ред.) никак не уменьшается по мере расширения Вселенной. Есть гипотеза, что тёмная энергия изначально является неким «антигравитирующим» свойством самого пространства. Поэтому при возникновении нового пространства плотность энергии антигравитации уже оказывается одним из его параметров.
В принципе это с новых позиций позволяет предсказать будущее нашего мира. Так, если бы тёмная энергия действительно была константой, никак не зависящей от расширения пространства, то Вселенную ожидал бы практически бесконечный разлёт вещества. Однако, как показывают астрономические наблюдения, наш мир расширяется с ускорением. Судьба такой Вселенной проста и незавидна — это будет пустой и холодный мир.
Большой разрыв
Если же тёмная энергия не является постоянной, то существуют две главные версии дальнейших событий. Возможно, с течением времени «вселенская антигравитация» потеряет силу и даже изменит свой знак, став компонентом всемирного тяготения. Естественно, что Вселенная тогда прекратит ускоренный разлёт, её скорость расширения либо упадёт до нуля, либо поменяет направление на противоположное. Тогда опять возникает сценарий Большого сжатия с ужасом конечного «схлопывания».
Если же всё останется как есть и антигравитация продолжит «ускоренно править миром», Вселенную ждёт трудновообразимый финал Большого разрыва.
По мере того как плотность тёмной энергии возрастёт на порядок, исчезнет будущее Млечномеды — нашего нового галактического дома из Млечного Пути и Андромеды. Вместе с этой колоссальной соседкой прочь устремятся и другие наши галактические сателлиты, а затем и близкие галактики из Местной группы. Но это будет лишь прелюдия грозного будущего, ведь «тёмная антигравитация» продолжит набирать силу. Когда плотность тёмной энергии возрастёт в сотню раз, начнётся «звёздная миграция» с периферии Млечного Пути. Наш «звёздный остров» потеряет свои окраины и истончится.
А если сила тёмной энергии увеличится в две сотни раз, то и наше светило двинется прочь от родной Галактики. Так наше Солнце превратится в «звезду-изгоя» и, окружённое планетарной системой, будет в одиночестве бороздить пространство.
Если же плотность тёмной энергии не остановит свой рост, то начнётся распад планетарных систем. В Солнечной системе сначала улетит облако Оорта, за ним последует пояс Койпера, а потом наступит очередь Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера. Вслед за ними отправятся астероиды Главного пояса, а потом и Марс. Земля сойдёт со своей орбиты, когда плотность тёмной энергии возрастёт в 100 миллиардов раз.
Окончательная катастрофа
Наконец, наступит черёд и земной флоры с фауной, включая человека. Живые клетки, молекулы, атомы и ядра распадутся по частям. Ну а если плотность тёмной энергии будет ещё нарастать, то не выдержит сама ткань пространства-времени. Как будет выглядеть подобный разрыв, не знает никто, возможно, он будет напоминать необъятную чёрную дыру.
Впрочем, если нашему миру и суждено закончить существование Большим разрывом, то этот катаклизм произойдёт через 80 миллиардолетий, что почти в шесть раз превышает нынешний возраст Вселенной. Во всяком случае нашу планету, Солнце и галактику подобная трагическая судьба постигнет нескоро.
Да и вообще говоря, ужасы разрывающегося на куски пространства-времени существенно преувеличены. Пока нет надёжных данных, подтверждающих увеличение силы тёмной энергии и опровергающих её неизменность как константы. Физики-экспериментаторы считают, что необходимый уровень точности измерения плотности тёмной энергии может быть достигнут уже к концу текущего десятилетия. Так что с научной точки зрения хотя Большой разрыв полностью исключать нельзя, до него ещё очень и очень далеко.
Время бесконечности
Казалось бы, трудно придумать что-то более оригинальное, чем Большой разрыв, но физики поставили вопрос: что произойдёт, если остановится время? Тогда все мы будем существовать в од-ном-единственном мгновении — отныне и навсегда. Правда, такая вечная Вселенная будет полна парадоксов. Например, в этом мире все, что в принципе может произойти, обязательно когда-нибудь случится. Поскольку подобное противоречит многим научным концепциям, учёные считают, что само время не бесконечно и однажды может замереть. Правда, если такое и произойдёт, никто этого не осознает. Просто Вселенная застынет в одном мгновении, а мы будем напоминать мух в янтаре, созерцая то, что было у нас в последний миг перед глазами.
Все эти парадоксы можно было бы легко решить, обратившись к модели Мультиверса, или Мультивселенной, состоящей из бесчисленного количества миров. По одной из теорий Мультиверса, вселенные могут порождаться, а затем уничтожаться, по различным сценариям, включая Большое сжатие, тепловую смерть и т.п.
Объясняет Мультиверс и невозможность полной остановки времени. Ведь по хроноквантовому сценарию каждый квант времени, составляющий невообразимо малую величину порядка 10 в минус 44-й степени секунды, в Большом взрыве рождается новый мир. Такой Мультиверс чем-то напоминает матрёшку или «луковицу миров». Получается, что за 13,799 миллиардолетия существования нашей Вселенной возникло совершенно фантастическое количество миров. Вполне понятно, что гибель любого из них совершенно ничего не значит для Мультиверса в целом, ведь количество новых вселенных в популярных моделях многомирья значительно превышает число исчезнувших. Таким образом всеобщего конца света просто не может быть.
Журнал: Тайны 20-го века №1/2, январь 2020 года
Рубрика: Проблемы мироздания
Автор: Олег Файг
Источник
Три варианта смерти Вселенной
Вселенная образовалась 13.8 млрд лет назад и, как показывают расчеты, скорее всего когда-то умрет. Сегодняшние знания о космологии и фундаментальной физике позволили ученым выдвинуть три серьезных гипотезы окончания существования нашей Вселенной. Но почему она умрет, как и останется ли она мертва навсегда?
Темная энергия
Наша Вселенная расширяется, при том с ускорением. Причина этому — темная энергия . Этот гипотетический вид энергии равномерно пронизывает все пространство.
Раньше мы считали, что пространство Вселенной устроено по принципу мячика, подкинутого в воздух. По логике, мяч, утратив с высотой свою кинетическую энергию, должен в конечном итоге упасть. Однако на деле ученые наблюдают такую картину, словно мяч, подкинутый вверх, продолжает лететь без остановки, при том постоянно увеличивая свою скорость. И чтобы объяснить это ускорение, в математическую модель Вселенной была введена темная энергия.
Проблема заключается в том, что этот вид энергии был введен из-за наблюдаемого эффекта ускоренного расширения космического пространства. Нам до сих пор не известна истинная природа и свойства этого явления, но именно оно в конечном итоге и решит судьбу Вселенной.
Большой разрыв
С самого своего рождения Вселенная расширялась и продолжает расширяться. По непонятным причинам все космическое пространство одинаково растягивается во всех местах. Пространство между галактиками расширяется, поэтому они отдаляются друг от друга. Пространство внутри галактик также расширяется, однако на таких масштабах гравитация достаточно сильна, чтобы не дать галактике разлететься.
При сценарии Большого разрыва пространство будет расширяться все быстрее и быстрее, пока сил всех взаимодействий природы уже будет не достаточно, чтобы противостоять данному процессу. Сначала большие структуры, такие как галактики, будут разорваны. Потом будут разорваны звезды, планеты и черные дыры, поскольку гравитация, удерживающая эти тела вместе, будет недостаточно сильна по сравнению со значениями темной энергии.
Со временем темная энергия будет увеличиваться пока скорость расширения пространства не превзойдет скорость света на всех масштабах. В таких условиях все вещество распадется на отдельные элементарные частицы, которые больше никогда не смогут встретить друг друга. При таком сценарии Вселенная умрет превратившись в набор огромного числа одиноких элементарных частиц.
Тепловая смерть или Большое замерзание
Разница между Большим разрывом и Большим замерзанием заключается в том, что во втором варианте материя не распадается на элементарные частицы, а в течение времени преобразуется в излучение, в то время как Вселенная продолжает бесконечно расширяться.
Чтобы понять этот механизм, для начала нужно поговорить об энтропии . Каждая система стремится достичь состояния максимальной энтропии, как забытый горячий чай, который в конечном итоге приобретает температуру окружающей среды. Такой же принцип применим и к Вселенной, в которой по мере расширения сложные структуры распадаются на более простые и начинают равномерно распределяться по космосу.
Через множество поколений звезд все газопылевые облака, необходимые для создания звезд, закончатся, последние звезды погаснут и Вселенная станет темной. Позже, спустя триллионы лет, испарятся и последние черные дыры при помощи механизма под названием излучение Хокинга . В итоге Вселенную будут наполнять только нейтрино и фотоны , которые в конечном итоге аннигилируют.
Вся активность в космосе прекратится, энтропия достигнет максимального значения и таким образом Вселенная умрет. Однако существует вероятность того, что энтропия в такой ситуации может спонтанно уменьшиться из-за процесса под названием «квантовое туннелирование», что приведет к образованию нового Большого взрыва.
Большое сжатие и Большой отскок
Если значение темной энергии меньше, чем мы предполагаем или если это значение со временем начнет убывать, то в конечном итоге доминирующей силой во Вселенной станет гравитация. В таком сценарии через несколько триллионов лет темп расширения космического пространства начнет замедляться, пока не остановится вовсе. После этого начнется эпоха доминирования гравитации и Вселенная начнет сжиматься обратно.
Становясь все меньше и меньше фоновая температура космоса будет повышаться. За сто тысяч лет до Большого сжатия температура Вселенной будет выше, чем поверхность звезд. За несколько минут до Большого сжатия ядра атомов распадутся, а после будут поглощены сверхмассивными черными дырами. Эти черные дыры будут объединяться до тех пор, пока не останется одна огромная вездесущая черная дыра, которая и будет являться нашей Вселенной. Дальнейшее сжатие приведет к тому, что все пространство сожмется до сингулярности — изначального состояния Вселенной.
Теория Большого отскока говорит нам о том, что наша Вселенная родилась после Большого сжатия предыдущей и что этот процесс является цикличным.
Источник
Гибель Вселенной: Десять вероятных сценариев
Если просто перечислять все кинофильмы, в которых рассказывается, каким образом будет происходить конец света, сценарии которых навеяны фантазией сценаристов, сдобренные находками режиссеров, умело снятые операторами и насыщенные эффектами за счет компьютерной графики, то это может занять довольно много времени. Но все эти киношные варианты не имеют никакого отношения к возможной действительности. Никакой талантливый, но «задвинутый» ученый, никакая супер лаборатория, ни всемогущий «Пентагон» не смогут остановить то, что может произойти на самом деле. Никто даже не поймет, что случилось. Если вселенная погибнет, то этот конец займет мгновение.
Разумное разрушение
Если бы лет сто назад кто-то высказал предположение, что с помощью всего одной бомбы можно будет стереть с лица земли большой город, над таким провидцем, в лучшем случае просто бы посмеялись. Но прошло несколько десятилетий, наступил август 1945 года. И вот шестого числа только одна ядерная бомба превратила в руины Хиросиму.
Это была первая встреча человечества с такой разрушительной силой. Вскоре в ученых кругах появилась концепция. Ее назвали «разумным разрушением». Сторонники концепции аргументировано доказывают, что точку в существовании вселенной когда-нибудь поставят люди. Они придумают такое оружие, которое превратит все эти созвездья, галактики и все остальное в ничто.
Сказки? Плод больного воображения? Тогда такой факт. В настоящее время в мире накоплено столько ядерных и термоядерных зарядов, чтобы превратить нашу планету в осколки. И тогда по орбите землю будут лететь многочисленные астероиды, так же как между орбитами Марса и Юпитера. Но позволят ли нам, землянам, устроить такое? Или другой вопрос. Где гарантия, что такое не сделает кто-нибудь другой? Ведь доказательств, что только на Земле существует разумная жизнь, нет.
Конец игры
Одна из последних гипотез, выходящих за грани привычных понятий, высказывает предположение, что наш реальный мир на самом деле – виртуальность. То есть, все окружающее нас, как и мы сами – всего лишь результат работы компьютерной программы.
Такой теории придерживается философ из Оксфорда Ник Бостром. Он уверен, что рано или поздно компьютер станет настолько совершенным, а программисты достигнут таких способностей, что смоделированные виртуальные миры перестанут быть фантастикой. А значит, вполне возможно, что кто-то, уже достигший такого уровня, мог давно создать такую программу, частицами которой являются люди. И вот этот кто-то в один прекрасный момент может просто остановить работу своего компьютера, и тогда человечество перестанет существовать, потому, что исчезнет виртуальная вселенная.
Разрушение основ
Гипотез, обосновывающих существований вселенной, много. Одна из них доказывает, что это существование основано на таких постоянных величинах, как масса протона и скорость света. При условии, когда значение любой из них было иным, нашего мира просто бы не было.
По утверждению австралийских ученых постоянное значение тонких структур после «Большого взрыва» изменились. Могут ли меняться другие постоянные? Почему нет? Если такое произойдет, то вселенной просто не будет. Она распадется на множество постоянных. Исчезнут планеты, звезды, галактики, само пространство. Впрочем, такое, как гласит гипотеза, может случиться через три миллиарда лет.
Столкновение с другой вселенной
Наша вселенная конечна. Где-то находится ее граница. А что за ней? Может быть, тоже вселенные, только иные? Существует теория, предполагающая, что вселенных множество. Разве нельзя допустить такое, что они столкнутся? А вдруг такое уже происходило, и именно этим объясняется искривление нашей вселенной? Если это так, то результатом следующего такого столкновения может стать катастрофа. Вполне возможно, что иные вселенные существуют на основании других физических законов. Возможно столкновение с почти световой скоростью.
Источник