Конец всего
Начнем с того, что люди часто впадают в крайности и переживают по поводу окончания всего: конец лета, учебного года, выход на пенсию. Но в космических рамках все это секундные отрывки. Давайте перенесемся вперед и посмотрим, какое будущее ждет Вселенную. Продвигаемся на миллионы или даже триллионы лет вперед. Каким же будет финал и конец для известной нам Вселенной?
Конец человечества – 10000 лет
Современные люди появились на африканских землях 200000 лет назад. Они рассредоточились по всей Земле, но ненадолго. Подавляющее большинство видов давно вымерли. Так что было бы глупо полагать, что мы бессмертны. У любой жизни есть конец, так что человечество не застраховано от забвения. Сколько же нам отведено?
Существует множество природных и техногенных катастроф, способных сокрушить нас. Это может быть огромный астероид или всемирный вирус, глобальное потепление или близкий взрыв сверхновой. Что если нас также ждет массовое вымирание, как и динозавров 65 миллионов лет назад? Или же это может быть Массовое пермское вымирание, случившееся 251 миллионов лет назад, когда исчезло 70% наземных видов и 96% морских представителей.
Тогда за жизнь с нами будет соперничать какая-то разновидность таракана или крыс. Или же нас сменят роботы. Но у каждого вида есть возможность пожить десятки, а то и миллионы лет. Какие у нас шансы?
Точного ответа нет, но мы можем воспользоваться Аргументом Судного Дня, созданным в 1983 году Брэндоном Картером. Автор использовал простые расчеты. Если полагать, что половина людей, которые когда-либо будут жить, уже родились (60 миллиардов), то остальная половина составит ту же цифру. Тогда у нас осталось примерно 9000 лет или же 95% вероятности, что жизнь прекратится к 11000 году.
Есть и другие подсчеты, но все они приводят к похожим цифрам. Это долго, но не хватит времени, чтобы увидеть конец Вселенной.
Конец жизни: 5 миллионов – 5 миллиардов лет
Солнце – источник жизни, дарящий нам тепло и свет, но оно и станет нашей погибелью. Дело в том, что звезда медленно набирает температуру. Об этом можно почитать в книге Питера Уорда и Дональда Браунли «Жизнь и смерть планеты Земля». Авторы как раз описывают процесс выработки солнечной энергии. Через 500 миллионов лет температура на планете станет такой высокой, что большая ее часть превратится в пустыню. У крупных существ не будет шансов и они переберутся на полюса.
Все это повлияет на эволюцию. Вымрут большие животные и приверженцы холода. Вместо них на верхушку цепочки поднимутся насекомые и бактерии. Однажды станет так жарко, что океаны превратятся в кипящие котлы и больше не останется ни одного укрытия. Выживут лишь несколько подземных организмов.
Конец Земли – 7.5 миллиардов лет
Итак, наша жизнь зависит от Солнца, но и у него есть конец. Через 5 миллиардов лет звезда вступит в финальный этап. Она начнет тратить слишком много водорода, пока полностью не разрушится, оставив лишь слабую оболочку вокруг ядра. Оно разрастется, поглотив все внутренние планеты, включая нашу. Пока ведутся споры о том, сгорим ли мы или же расширение Солнца заставит нас отодвинуться. Как бы там ни было, но планета все равно уничтожится.
Прощай, Солнце: 7.5 млрд. – 1 трлн. лет
Становление красным гигантом – лишь начало. Когда закончится водород, Солнце начнет плавить гелий, углерод и кислород. В этот момент сила тяжести настолько слаба, что не позволяет продолжиться процессу слияния. Звезда выбросит внешние слои, сформировав планетарную туманность, и станет белым карликом.
Его масса останется прежней, а вот по размеру напомнит Землю. Солнце будет остывать, пока не достигнет фоновой температуры Вселенной, и станет холодным черным карликом. Интересно, что даже древнейшие белые карлики пока не достигли такого состояния, потому что у Вселенной не было столько времени. Но это пока…
Конец Солнечной системы
Солнца уже не будет, но некоторые планеты Солнечной системы останутся. Возможно, что даже Земле повезет и она присоединится к «выжившим». Среди них будут Юпитер, Сатурн и внешние планеты с поясом Койпера.
Не так давно ученые нашли быстро вращающийся диск металлического материала вокруг белого карлика. Они добавили в модель планеты и поняли, что звездная смерть сильно влияет на систему: заставляет планеты сталкиваться и менять орбиты или даже выходить за пределы системы. Получается, что наша система превратится в белого карлика с диском, наполненным обломками планет.
Конец космологии – 3 триллиона лет
Вселенная – единый организм, где все связано. Наблюдая за звездным светом, вы смотрите в прошлое. Это очень удобно, но возникают проблемы. Темная энергия, ускоряющая расширение Вселенной, заставляет галактики двигаться быстрее. Однажды они пересекут горизонт событий, и превзойдут скорость света. Получается, что мы потеряем их свет навсегда. И такая участь ждет каждую.
Есть и другой момент. Реликтовое изучение, при помощи которого исследователи подтверждают Большой Взрыв, также исчезнет. И не только оно, но и многие химические элементы скроются за следующими звездными поколениями.
Так что, через 3 триллиона лет больше не останется следов Большого Взрыва. Если тогда будет существовать человечество, то они даже не узнают об этом событии и расширении.
Конец Млечного Пути
Галактики сталкиваются, поэтому чтобы заглянуть в будущее, достаточно просто посмотреть в космос. Повсюду видно, что они взаимодействуют. Сначала эти встречи подобны нападению: галактики рвут другу друга и создают огромные зоны звездообразования. Тихие центральные сверхмассивные черные дыры пробуждаются и поглощают окружающий материал.
И у Млечного Пути есть такой назойливый сосед – Андромеда. Через 2 миллиарда лет галактики столкнутся и снова разойдутся. Этот процесс будет повторяться, пока не появится единая галактика (черные дыры также объединятся).
Наше положение внутри изменится. Скорее всего, система отойдет от центра на 100000 световых лет. Так как Солнце еще существует, то и человечество сможет ощутить перемены. На весь процесс уйдет 7 миллиардов лет. Но это не конец. Вокруг ядра все еще продолжат вращаться звезды. Пройдет 10 19 – 10 20 лет и звезды разойдутся в пространстве.
Конец звезд – 100 триллионов лет
В Млечном Пути еще есть достаточно газа и пыли, чтобы формировать новые звезды. Но мы также можем найти и старые галактики, в которых уже нет жизни. Однажды и наше рождение звезд закончится. Последняя звезда превратится в белый карлик, и все постепенно трансформируются в последний этап – черный карлик.
Конец материи – 10 30 лет
В общем, мы располагаем Вселенной без звезд, наполненной лишь холодными черными карликами. Вокруг темнота! Возможный наблюдатель заметит лишь мимолетную вспышку из-за взаимодействия какого-то объекта с черной дырой. А затем снова тишина.
Частички материи и двойные черные карлики сливаются, порождая еще больше черных дыр, которые затем объединяются в гигантских чудовищ. Так что будущей материи суждено существовать взаперти у черных дыр.
Даже если ей повезет не попасться, то ее дни все равно сочтены. Протоны лишены стабильности в длительных промежутках. Любая материя, поглощенная дырой, будет распадаться. Протоны станут излучением, оставив после себя лишь слабую дымку электронов, позитронов и нейтрино. В течение 10 30 лет все протоны уничтожатся.
Конец черных дыр – 10 100
Черные дыры всегда воспринимали как дорогу в один конец: все входит и ничего не выходит. Но Стивен Хокинг изменил представление, сказав, что черные дыры могу испаряться. Это долгий процесс, но они все же выпускают слабое количество излучения обратно.
Постепенно дыра теряет свою массу и просто исчезает. Причем количество излучения растет вместе с потраченной массой. В самом конце она может сгенерировать всплеск рентгеновских и гамма-лучей. Тогда темная Вселенная на короткое время озарится яркой вспышкой.
Конец всего – после 10 100 лет
После «смерти» последней черной дыры останутся лишь фотоны и элементарные частицы. Температура будет чуть выше абсолютного нуля. Темная энергия продолжит разгонять все эти элементы, пока они максимально не удалятся и потеряют связь (больше никогда не объединятся).
Возможно, что за этим снова последует Большой Взрыв. Есть основания полагать, что Вселенная циклична и все начнется заново. Если же нет, то наше будущее – холодная и мертвая Вселенная. В этом нет ничего положительного, зато понимание финала заставляет ценить каждую прожитую секунду.
Источник
Какой конец ждет Вселенную и сможет ли кто-нибудь спастись?
Наука выделяет четыре основных пути, на которых Вселенная может встретить свою судьбу. Это Большое Замерзание, Большой Хруст, Большое Изменение и Большой Разрыв. Если вам эти названия ничего не говорят, сейчас все поймете. Вас не должен удивить факт того, что наша планета обречена. Пройдет немного времени, всего 6 миллиардов лет, и Земля, скорее всего, испарится, когда Солнце расширится до красного гиганта и поглотит нашу планету.
Но Земля — это просто планета в Солнечной системе, Солнце — одна из сотен миллиардов звезд в галактике, и в наблюдаемой Вселенной скрываются сотни миллиардов галактик. Что уготовлено для них для всех? Как закончит свои дни Вселенная?
Наука может только догадываться о том, как это произойдет. Мы даже не уверены, как именно Вселенная погибнет, определенным образом или просто медленно сойдет на нет. Наше лучшее понимание физики приводит нас к нескольким вариантам глобального апокалипсиса. Также оно дает нам несколько советов о том, как это в принципе можно было бы пережить.
Несмотря на свое название, тепловая смерть Вселенной не представляется огненным адом. Напротив, это смерть всех уровней тепла. Звучит не очень страшно, но тепловая смерть — это хуже, чем запечься до корочки. Это потому, что почти все в повседневной жизни требует определенных разниц температур, прямо или косвенно.
К примеру, ваш автомобиль работает, потому что внутри двигателя они теплее, чем снаружи. Компьютер работает на электричестве от местной электростанции, которая, вероятно, работает путем нагрева воды и отвода тепла к турбине. Вы питаетесь едой, которая своим существованием обязана гигантской разнице температур между Солнцем и остальной частью Вселенной.
Когда Вселенная достигнет тепловой смерти, везде будет одна температура. Это означает, что ничего интересного больше никогда не произойдет. Все звезды умрут, вся материя распадется, все превратится в редкий бульон из частиц и излучения. Даже энергия этого бульона будет уменьшаться с течением времени в результате расширения Вселенной, оставляя все с температурой едва ли выше абсолютного нуля.
В этом процессе Большого Замерзания Вселенная станет равномерно холодной, мертвой и пустой.
После разработки теории термодинамики в начале 1800-х годов, тепловая смерть выглядит как единственным возможным путем конца Вселенной. Но через 100 лет общая теория относительности Эйнштейна провозгласила, что у Вселенной может быть куда более интересная судьба.
Общая теория относительности говорит, что материя и энергия искривляют пространство и время. Это отношение между пространством-временем и материей-энергии — между сценой и актерами на ней — распространяется на всю Вселенную. Все, что есть во Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяет конечную судьбу самой Вселенной.
Теория предсказывает, что Вселенная в целом должна либо расширяться, либо сжиматься. Она не может оставаться в прежнем размере. Эйнштейн понял это в 1917 году и так не хотел это признавать, что отказался от собственной теории.
Тогда в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил неопровержимые доказательства того, что Вселенная расширяется. Эйнштейн изменил свое мнение, назвав свою предыдущую настойчивость относительно статической Вселенной «величайшей ошибкой» своей карьеры.
Если Вселенная расширяется, когда-то она должна была быть меньше, чем сейчас. Понимание этого привело к появлению теории Большого Взрыва: идеи о том, что Вселенная началась с невероятно малой точки и быстро расширилась. Мы можем увидеть это по «послесвечению» Большого Взрыва — в качестве космического микроволнового фона — постоянного потока радиоволн, идущих со всех направлений в небе.
Для Вселенной, содержащей обычную «начинку» — материю и свет, — ответ на вопрос зависит от количества этой начинки. Больше начинки — значит, больше гравитации, которая стягивает все назад и замедляет расширение. Пока количество начинки не превосходит критический порог, Вселенная будет расширяться вечно и в конечном итоге умрет тепловой смертью.
Но если начинки будет слишком много, расширение Вселенной замедлится и остановится. Тогда Вселенная начнет сжиматься. Сокращающаяся Вселенная будет становиться все меньше и меньше, плотнее и горячее, пока все не закончится в красочном компактном аду, противоположном Большому Взрыву и известном как Большое Сжатие.
На протяжении большей части 20 века астрофизики не были уверены, какой из этих сценариев возымеет действие. Большое Замерзание или Большое Сжатие? Лед или огонь? Они пытались провести космическую перепись, подсчитав количество начинки в нашей Вселенной. Оказалось, что мы до странного близко находимся к критическому порогу, и наша судьба остается под вопросом.
В конце 20 века все изменилось. В 1998 году две соперничающих группы астрофизиков сделали невероятное заявление: расширение вселенной ускоряется.
Обычная материя и энергия не могли бы повлиять на Вселенную таким образом. Это стало первым свидетельством существования нового фундаментального вида энергии, «темной энергии», поведение которой совершенно загадочно для нас.
Но это не означает, что и Большое Замерзание неизбежно. Есть и другие возможные исходы.
Один из них произошел не в процессе изучения космоса, а из мира субатомных частиц. Это, пожалуй, наиболее странная из возможных судеб Вселенной: что-то фантастическое и при этом вероятное.
В классическом научно-фантастическом романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки», «лед-девять» представляет собой новую форму водяного льда с интересными свойствами: он образуется при температуре 46 градусов, а не 0. Если кристалл льда-девять уронить в стакан с водой, вода вокруг кристалла примет его форму, так как его энергия ниже, чем у жидкой воды. Новые кристаллы льда-девять будут проделывать то же самое с водой вокруг себя, и в мгновение ока цепная реакция превратит всю воду в стакане — или в океанах Земли — в твердый лед-девять.
То же самое может случиться в реальной жизни с нормальным льдом и нормальной водой. Если вы наберете в очень чистый стакан очень чистой воды и охладите ее ниже нуля градусов, вода станет переохлажденной: она будет оставаться жидкой ниже естественной точки замерзания. В воде нет никаких примесей, а в стакане нет неровностей, чтобы начал образовываться лед. Но если вы уроните кристалл льда в воду, вода быстро замерзнет, как лед-девять.
Лед-девять и переохлажденная вода могут показаться мало связанными с судьбой Вселенной. Но что-то похожее происходит с самим пространством. Квантовая физика гласит, что даже в абсолютном вакууме присутствует небольшое количество энергии. Но тогда должен существовать другой тип вакуума, содержащий меньше энергии. Если это так, тогда вся Вселенная похожа на стакан с переохлажденной водой. И будет оставаться таковой, пока не покажется «пузырь» вакуума с низкой энергией.
К счастью, мы не знаем таких пузырей. К несчастью, квантовая физика утверждает, что если низкоэнергетический вакуум возможен, пузырь с таким вакуумом неизбежно появится где-то во Вселенной. Когда это произойдет, то подобно истории со льдом-девять новый вакуум «преобразует» старый вакуум вокруг себя. Пузырь будет расти со скоростью света, и мы никогда не увидим его приближения. Внутри пузыря все будет совершенно другим и явно не гостеприимным. Свойства фундаментальных частиц вроде электронов и кварков могут быть совершенно другими, переписывающими правила химии и, возможно, препятствующими образованию атомов. Люди, планеты и даже сами звезды могут быть уничтожены в процессе этого Большого Изменения. В работе 1980 года физики Сидни Коулман и Франк де Люччия назвали его «глобальной экологической катастрофой».
Есть и четвертая возможность, и опять темная энергия занимает центральное место. Эта идея очень спорная и невероятная, но не стоит сбрасывать ее со счетов. Темная энергия может быть намного мощнее, чем мы думаем, и сама по себе привести Вселенную к концу без всяких Больших Изменений, Замерзаний и Сжатий.
У темной энергии есть своеобразное свойство. Когда Вселенная расширяется, ее плотность остается постоянной. Это означает, что со временем она разрастается, чтобы идти в ногу с увеличением объема Вселенной. Это необычно, хотя и не нарушает законы физики.
Тем не менее все может быть намного страннее. Что, если плотность темной энергии увеличивается по мере расширения Вселенной? Точнее, что, если количество темной энергии во Вселенной увеличивается быстрее, чем расширяется сама Вселенная?
Эту идею выдвинул Роберт Колдуэлл из Дартмутского колледжа в Ганновере, Нью-Гемпшир. Он назвал это «фантомной темной энергией». И она приводит нас к невероятно странной судьбе Вселенной.
Если фантомная темная энергия существует, тогда нас ждет темная сторона силы, выражаясь языком «Звездных войн». Сейчас плотность темной энергии чрезвычайно низка, намного ниже плотности материи на Земле или даже плотности галактики Млечный Путь, которая намного менее плотная, чем Земля. Однако с течением времени плотность фантомной темной энергии может нарастать и разрывать Вселенную на части. В работе 2003 года Колдуэлл и его коллеги представили сценарий под названием «космический конец света». Как только фантомная темная энергия становится более плотной, чем конкретный объект, этот объект разрывается в клочья.
Сначала фантомная темная энергия разорвет Млечный Путь, отправив его звезды в полет. Затем разорвется Солнечная система, поскольку притяжение темной энергии станет мощнее, чем притяжение Солнца относительно Земли. Наконец, за несколько минут Земля просто взорвется. Сами атомы начнут распадаться, и уже через секунду Вселенная будет разорвана. Колдуэлл называет это Большим Разрывом. Большой Разрыв, по признанию самого Колдуэлла, «весьма диковинный» сценарий.
Фантомная темная энергия бросает вызов фундаментальным идеям Вселенной, вроде допущения о том, что материя и энергия не могут двигаться быстрее скорости света. Это хорошие аргументы против Большого Разрыва. Наблюдения за расширением Вселенной, а также эксперименты с физикой частиц показывают, что в качестве конца света более вероятно Большое Замерзание, за которым последует Большое Изменение, а затем и Большое Сжатие.
Очевидно, конкретно у нас нет причин переживать о конце Вселенной. Все эти события произойдут через триллионы лет в будущем, за исключением разве что Большого Изменения, так что пока все идет по плану. Также нет причин беспокоиться за человечество. Если не случится иное, генетический разрыв изменит наших потомков до неузнаваемости задолго до этого. Однако смогут ли разумные существа любого вида, люди или нет, выжить в принципе?
Физик Фримен Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне, Нью-Джерси, рассмотрел этот вопрос в классической работе 1979 года. В то время он пришел к выводу, что жизнь сможет изменить себя, чтобы пережить Большое Замерзание, которое, как считал физик, будет менее проблемным, чем ад Большого Сжатия. Но в наши дни он менее оптимистичен, благодаря открытию темной энергии.
«Если Вселенная ускоряется, это плохие новости, — говорит Дайсон. Ускоренное расширение означает, что мы в конечном итоге потеряем контакт со всем, кроме горстки галактик, что резко ограничит количество доступной нам энергии. — В долгосрочной перспективе такая ситуация будет весьма печальной».
Однако положение вещей может измениться. «Мы на самом деле не знаем, будет ли расширение продолжаться и почему оно ускоряется, — говорит Дайсон. — Оптимистичный взгляд на вещи состоит в том, что ускорение будет замедляться по мере расширения Вселенной. Если это произойдет, будущее будет более благоприятным».
Но что, если расширение не будет замедляться или станет известно, что грядет Большое Изменение? Некоторые физики предлагают решение, безумное в принципе. Чтобы избежать конца Вселенной, мы должны построить собственную Вселенную в лаборатории и удрать в нее.
Один из физиков, работавших над этой идее, это небезызвестный Алан Гут из Массачусетского технологического института в Кембридже; он известен своими работами на тему юной Вселенной.
«Не могу сказать, что законы физики допускают возможность такого, — говорит Гут. — Если это возможно, потребуются технологии, выходящие за пределы всего, что мы можем представить. Это потребует гигантского количества энергии, которую еще нужно будет добыть и удержать».
По сути, вы провоцируете скачок создания совершенно новой Вселенной. По мере расширения области пространства, граница будет сокращаться, создавая пузырь искривленного пространства внутри чего-то большего. Фанатам «Доктора Кто» это может показаться знакомым, и по словам Гута, TARDIS это довольно точная аналогия того, о чем идет речь. В конце концов, «снаружи» сожмется до нуля, и новорожденная Вселенная начнет собственное существование, независимое от судьбы предыдущей Вселенной. Очевидно, как эта схема сработает на самом деле, совершенно непонятно. Мы даже не знаем, возможно это или нет.
Впрочем, у Гута есть другой источник надежды на лучшую судьбу для нашего мира — проблеск надежды. Гут первым предположил, что в самой юности Вселенная расширилась чрезвычайно быстро за долю секунды, эта идея известна как «инфляция». Многие космологи считают, что инфляция является самым точным описанием расширения юной Вселенной, и Гут предлагает создать новую Вселенную, опираясь именно на этот процесс быстрого расширения.
Инфляция имеет интригующие последствия для конечной судьбы Вселенной. Согласно этой теории, наша Вселенная — это малая часть мультивселенной, множества карманных вселенных, которые плавают вокруг.
«В таком случае, даже если мы убедимся, что наша отдельная Вселенная умрет в процессе замерзания, мультивселенная будет жить вечно, и новая жизнь будет рождаться в каждой отдельной карманной Вселенной, — говорит Гут. — Мультивселенная воистину бесконечная, а в бесконечном будущем отдельные Вселенные могут жить и умирать сколько им вздумается».
Источник