Вселенная. Где она заканчивается
Веками человечество постигает загадки вселенной, которые нам удается открывать по кусочкам, собирая мировой пазл. Одними из несобранных пазлов являются различные теории о конечности или бесконечности космических масштабов. Сегодня я вам расскажу, что же находится на краю нашей вселенной. С вами канал “Все обо всем” .
Начало.
Примерно 14 миллиардов лет назад возникла наша вселенная. В этот момент она начала расширяться с постоянным ускорением , вместе с распространяющимся светом. Космологи пришли к выводу путем математических расчетов, что самые старые фотоны, которые мы можем наблюдать на сегодняшний день, примерно прошли расстояние в 45-47 миллиардов световых лет от Большого Взрыва . Это означает, что наблюдаемая вселенная имеет ширину около 93 миллиардов световых лет.
Скорее всего у вас возникло несколько вопросов. Как может вселенная иметь 93 миллиарда световых лет в диаметре, если ей всего 14 миллиардов лет? Разве свет мог пройти такое расстояние? Очевидным будет ответ “нет”, поскольку свету будет недостаточно собственной скорости для преодоления такого расстояния. Как же это объяснить?
За то время, которое вам потребовалось, чтобы прочитать предыдущий абзац, фотон света, покидающий солнце, прошел около 6 миллионов километров . Свету, который покидает нашу вторую ближайшую звезду — Проксима Центавру, требуется чуть более четырех лет , чтобы достичь Земли, и поэтому мы можем определить это расстояние как четыре световых года. Таким образом, если бы вы посмотрели на Проксима Центавру, вы бы увидели звезду какой она была 4 года назад.
Мы видим все вещи во вселенной такими, какими они были в прошлом , независимо от того, находятся ли они на другой стороне комнаты или на другом конце Галактики. Чтобы развить эту концепцию дальше, ближайшая к нам галактика — Андромеда, которая настолько велика, что вы можете видеть ее миллиарды звезд в ночном небе невооруженным глазом. Однако все эти звезды находятся примерно в 2,5 миллионах световых лет от нас, это означает, что вы видите Андромеду такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад.
Как добраться до края вселенной?
Согласно специальной теории относительности, близкие друг к другу объекты не могут двигаться относительно друг друга быстрее скорости света , однако такого закона не существует для тех объектов, которые чрезвычайно удалены друг от друга и между ними пространство само расширяется . Простыми словами, пространство между объектами расширяется, заставляя их улетать друг от друга с огромной скоростью.
Эта теория означает, что мы могли бы достичь края наблюдаемой вселенной только в том случае, если бы разработали один из методов, который позволит нам:
- Путешествовать быстрее скорости света, что на данный момент невозможно.
- Выйти за пределы пространства-времени, используя червоточины или порталы, что на данный момент также невозможно.
Согласно теории космической инфляции, размер всей вселенной в 10^23 раза больше, чем размер наблюдаемой нами вселенной. Это большая часть невидимой из-за света вселенной, который до нас еще не дошел . Теперь перед нами возникают вопросы: что же мы не видим? Что находится за пределами наблюдаемой вселенной? Поскольку мы не можем увидеть или измерить саму вселенную, мы не знаем, что лежит за ее пределами. Однако у нас есть несколько теорий относительно того, что существует за условными границами.
Теория 1. Граница вселенной.
Предположим, что существует невидимая или, например, кирпичная стена. А что же тогда на другой стороне? Если же за этой стеной что-то находится, то стена — это еще не конец вселенной , но в случае если за стеной ничего нет, то стена теряет свой смысл.
Подобная граница может существовать и в пространстве , но у нас нет доказательств ее существования. Если такая граница существует, то она находится далеко за пределами наблюдаемой вселенной.
Теория 2. Мультивселенная или параллельные миры.
Большинство ученых придерживаются теории о бесконечности вселенной. Это означает, что, если данная теория верна, то где-то там, есть еще один человек, который похож на вас . Он лишь слегка отличается всеми возможными способами, он может быть выше вас из-за того, что занимается спортом или вообще умер, поперхнувшись инопланетной картошкой. Возможно ваш двойник прямо сейчас читает эту статью . В одной из своих статей я описал возможность существования параллельных вселенных “Параллельные вселенные. Как их создают” .
Эта идея кажется непостижимой, но как говорится “В бесконечной вселенной возможно все” . Теория о мультивселенных описывает все эти вселенные, находящиеся рядом друг с другом в пустом пространстве, которых ничто не связывает. Каждая из них содержит другую реальность , как пузырь. Некоторые люди полагают, что вы могли бы перейти в другую реальность, пройдя через червоточину или черную дыру.
Теория 3. Вселенная внутри черной дыры.
Черные дыры — это объекты, которые возникают, когда умирающие звезды коллапсируют под собственной массой, образуя невероятно плотную сингулярность. Эти космические объекты искривляют само пространство-время до такой степени, что ничто не может избежать их гравитационного притяжения за пределами горизонта событий. Подробно о черных дырах я рассказал в своей статье “Черные дыры. Монстры вселенной” .
Теории о черных дырах описывают горизонт событий как точку, в которой пространство-время изгибается быстрее скорости света , поэтому свет не может выйти. Ему не хватает собственной скорости, чтобы достичь края. То же самое происходит и с нашей вселенной. Расширение самой вселенной пространства-времени намного быстрее скорости света. Это также может означать, что каждая черная дыра в нашей вселенной может содержать другие вселенные, каждая из этих черных дыр также может содержать вселенную , очень похожую на нашу и скорее всего за пределами нашей вселенной находится гораздо большая вселенная .
Поскольку вселенная расширяется быстрее скорости света , мы никогда не сможем достичь границы или увидеть ее. То, что находится дальше видимой вселенной, может остаться тайной даже после исчезновения человечества.
А какой теории придерживаетесь вы, может быть у вас свой взгляд на мир?
Если вам понравилась статья и вы хотите отблагодарить автора, то не забудьте поставить лайк и подписаться на канал
Источник
Как умрёт Вселенная
Вселенная — глобальный объект, который включает в себя время, космос и всё его содержимое: галактики, звёзды, планеты, их луны, все прочие тела, всю материю, всю энергию. Этот огромный и замечательный объект когда-то зародился. Как у всего хорошего, у Вселенной тоже есть свой конец. С прошлым и зарождением Вселенной учёные вроде как определились. А вот предсказания о конце Вселенной остаются набором теорий, которые выдают разный результат в зависимости от принимаемых значений нескольких постоянных.
Рождение и жизнь
Доминирующей теорией зарождения Вселенной в современной науке является Большой взрыв. Если экстраполировать видимое расширение Вселенной, 13,799 ± 0,021 миллиарда лет назад всё вещество находилось в одной точке нулевого размера с бесконечной плотностью и температурой. Затем началось расширение. Мало какие из последующих процессов находятся в пределах полного понимания современной физики.
За пикосекунды из кварк-глюонной плазмы зародились элементарные частицы. В дальнейшем из них образовались протоны и нейтроны, те в свою очередь дали ядра лёгких изотопов. Пока лишь ядра — до атомов веществу далеко.
Спустя 70 тысяч лет от начальной точки вещество начинает доминировать над излучением. Примерно с 380 тысяч лет после Большого взрыва электроны и ядра впервые образуют нейтральные атомы. Звёзд ещё не существует. Самые первые образуются с 550 миллионов лет после Большого взрыва. Звёзды собираются в галактики. Последних гравитационное взаимодействие формирует в скопления.
Согласно небулярной гипотезе, через ≈9 миллиардов лет после Большого взрыва (или ≈4,6 миллиардов лет назад) из одного газопылевого облака начало формироваться то, что позже станет Солнечной системой. Фрагмент облака сжался в шар по центру, окружающие его части тоже сжимались и вращались быстрее, формируя характерный диск. Из шара зажглась наша звезда, в холодных краях в сгущениях материи образовывались планеты.
В этом кратком описании нас интересует возможность предсказать, сколько Солнце ещё может просуществовать. Через 13,799 миллиардов лет после того, как всё началось, у нас есть голубая от океанов Земля, жизнь и бесплатная порнография по сетям передачи данных. Удобный нам порядок жизни будет существовать долго, но лишь по человеческим меркам.
Через 2,4 миллиарда лет от настоящего момента Млечный путь и Галактика Андромеды столкнутся. С Земли это наблюдать будет некому. Жизнь на нашей планете вымрет через примерно миллиард лет — Солнце будет давать слишком много тепла, и океаны просто испарятся. Сама звезда просуществует долго.
Жизненный цикл Солнца.
Через миллиарды лет Солнце уже будет красным гигантом, давно израсходовавшим свои запасы водородного топлива. Оно расширится в примерно 250 раз. Некоторые исследования показывают, что до схлапывания в белый карлик Солнце всё же захватит Землю, поскольку орбита планеты опустится ниже. Впрочем, это неважно — через 7,6 миллиардов лет, когда это произойдёт, на нашей планете уже не будет ничего живого. Солнце будет светить ещё миллиарды лет, но куда тусклее. В конце концов оно превратится в чёрного карлика. Ещё через миллиарды лет гравитация других звёзд отберёт оставшиеся планеты. Солнечная система прекратит существование.
В ближайшие сотни миллионов лет о гибели Земли беспокоиться не нужно — в этот период Солнечная система устойчива. Выгорание топлива ближайшей звезды через миллиарды лет невозможно назвать даже проблемами. У современного человечества есть настоящие задачи, которые грозят значительным ухудшением качества жизни. Их много: от перестающих работать антибиотиков из-за появления супербактерий до глобального изменения климата из-за выброса парниковых газов. Наконец, есть банальная опасность развязать термоядерную войну или уничтожить самих себя каким-либо ещё образом.
Возможно, наши потомки сдвинут орбиту Земли или вовсе переселятся с неё. Возможно, Земля переживёт этот процесс без лишней помощи. Но какие проблемы будут стоять перед постчеловечеством, которое покинет «колыбель цивилизации»? Что ожидает другие, внеземные формы жизни? Вопрос конечной судьбы Вселенной стоит на границе современной космологической науки.
Cжатие
Вселенная расширяется, галактики разбегаются друг от друга. Быть может, скорость расширения замедлится, дойдёт до нуля, а затем пойдёт в обратном направлении. Вселенная может начать сжиматься, постепенно схлопываясь в черные дыры. И эти чёрные дыры сольются в одну. Эта гипотеза носит название «Большое сжатие».
В законе Хаббла состояние расширения Вселенной определяется её плотностью. Если плотность ниже критической, то Вселенная продолжит увеличиваться в размерах и остывать. Если плотность Вселенной выше, то гравитационная сила постепенно остановит разбегание и направит его вспять. Вселенная будет сжиматься.
Коллапс будет отличаться от изначального расширения. Огромные скопления галактик сблизятся, затем начнут сливаться целые галактики. В какой-то момент звёзды подойдут друг к другу настолько близко, что дойдёт до частых столкновений. Звёзды не смогут рассеивать вырабатываемое тепло и начнут взрываться, оставляя горячий неоднородный газ. Из-за растущей температуры его атомы распадутся на элементарные частицы, которые будут поглощены срастающимися чёрными дырами. Гипотеза не указывает, каков будет финал.
Существует ещё одна гипотеза-продолжение — Большой отскок. Простая формулировка гласит, что Вселенная испытывает циклы Больших взрывов и Больших сжатий. Возможно, и эта Вселенная возникла в результате распада предыдущей. Это означает, что мы живём в одну из точек бесконечного цикла сжатий и взрывов. Впрочем, их нумерация не имеет смысла из-за прохождения точки сингулярности. Некоторые теории утверждают, что результатом Большого сжатия станет то же состояние, с которого всё началось. Произойдёт ещё один Большой Взрыв. Цикл будет бесконечно продолжаться.
Но последние экспериментальные наблюдения дальних сверхновых как объектов стандартной светимости и составление карты реликтового излучения показывают, что расширение не замедляется, а лишь ускоряется.
Расширение
Большой разрыв предполагает, что когда-то в будущем вся материя Вселенной, звезды и галактики, субатомные частицы, само пространство и время будут разорваны скоростью расширения. Сценарий этой смерти гласит, что за 60 миллионов лет до финала распадётся Млечный путь, за три месяца расстроится работа Солнечной системы. За полчаса до Большого разрыва разрушится Земля (или похожая планета), за одну наносекунду начнут разрушаться атомы. Согласно гипотезе, всё это произойдёт лишь через 22 миллиарда лет, уже после угасания Солнца в белый карлик.
Однако наиболее популярной теорией остаётся постоянное расширение и следующая из этого Тепловая смерть.
За миллиарды лет звёзды выгорят. Из их останков родятся белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры. Через 150 миллиардов лет от текущего момента при том же ускорении разбегания галактик все галактики за пределами Местной группы выйдут за космологический горизонт. События в Местной группе никак не смогут влиять на события в удалённых галактиках, и наоборот. При наблюдении удалённой галактики время будет замедляться, а затем просто остановится. Другими словами, через 150 миллиардов лет наблюдатель в Местной группе никогда не увидит событий в удалённых галактиках. Более не будут возможны ни полёты к ним, ни какие-либо формы связи.
Через 800 миллиардов лет светимость Местной группы заметно снизится. Стареющие звёзды будут выдавать всё меньше света, красные карлики будут вымирать в белые. Через 2 триллиона лет от текущего момента из-за красного смещения удалённые галактики будет невозможно как-либо обнаружить: даже длина волн их гамма-лучей будет выше, чем размер наблюдаемой вселенной.
Через 100 триллионов лет закончится формирование звёзд, в космосе будут тускло светить их остатки. После того, как потухнет последняя звезда, космос изредка будут озарять вспышки слияний двух белых карликов. Через 10 15 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 10 19 —10 20 лет объекты покинут галактики. Небольшая часть объектов упадёт в сверхмассивную чёрную дыру.
Дальнейшее развитие зависит от того, стабилен протон или нет. Некоторые эксперименты утверждают, что минимальный период полураспада протона составляет 10 34 лет. Если это действительно так, через 10 40 лет во Вселенной останутся почти лишь только лептоны и фотоны. Исчезнут остатки звёзд, останутся лишь чёрные дыры. Возможно, процесс гибели нуклонов займёт больше времени.
Через 10 100 лет от текущего момента чёрные дыры испарятся излучением Хокинга. Наконец, Вселенная будет почти полностью пуста. В ней будут летать фотоны, нейтрино, электроны и позитроны, изредка сталкиваясь.
Если протоны стабильны, то через 10 1500 холодным слиянием и квантовым туннелированием лёгкие ядра превратятся в атомы железа 56 Fe. Элементы тяжелее этого изотопа распадутся с излучением альфа-частиц. Через 10 10 26 лет квантовое туннелирование превратит большие объекты в чёрные дыры. Возможно, железные звёзды превратятся в нейтронные через 10 10 76 лет от настоящего момента.
Есть вероятность, через 10 10 10 56 лет квантовые флуктуации зародят новый Большой взрыв. Хотя в этом вакууме может зародиться даже разумное существо: приблизительная оценка времени зарождения Больцмановского мозга — раз в 10 10 50 лет.
Есть и другие, более экзотические гипотезы. К примеру, в 2010 году учёные предсказали, что через пять миллиардов лет время закончится. Это событие трудно будет увидеть или как-то предсказать, его обещают внезапным. Пространство может кончиться из-за схлапывания ложного вакуума в истинный, в более энергетически низкое состояние, что, возможно, повлечёт полное разрушение объектов Вселенной.
Все эти гипотезы разработаны для текущих реалий простого уравнения состояния для тёмной энергии. Как и следует из имени, о тёмной энергии известно мало. Если верна инфляционная модель Вселенной, то в первые моменты после Большого взрыва существовали другие формы тёмной энергии. Возможно, уравнение состояния поменяется. Изменятся выводы, которые можно сделать из него. Трудно предсказать, что мы узнаем о тёмной энергии, если она получила развитие лишь в конце прошлого века.
Но во всех случаях гибель Вселенной — очень далёкое по меркам человечества явление. Если рассматривать её с масштаба продолжительности жизни одного человека, это слишком глобальное событие, чтобы о нём беспокоиться.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Источник