Коллапс Вселенной может произойти быстрее, чем ожидалось
Физики пришли к новым расчетам, когда Вселенная перестанет расширяться и коллапсирует в себя — а это, как вы понимаете, крайне плохие новости для материи внутри, — и утверждают, что это произойдет в ближайшие несколько десятков миллиардов лет или около того.
По меркам людей, это произойдет, мягко говоря, не скоро. Но на космологической шкале времени ученые называют это «неизбежным», и коллапс не заставит себя ждать. «То, что мы видим темную материю в настоящее время, может прямо указывать на обреченность Вселенной, и мы пытаемся обозначить дату конца, изучая эти данные», — рассказал Phys.org один из авторов исследования Антонио Падилья из Университета Ноттингема в Великобритании.
Предлагая новый «механизм космологического коллапса», команда пытается ответить на один из самых сложных вопросов в физике — почему скорость расширения Вселенной в настоящее время увеличивается?
В 1917 году, когда ученым даже в голову не приходило, что Вселенная может расширяться, Эйнштейн пришел к своей «космологической постоянной», которая определяла энергию плотности космического вакуума и уравновешивала притяжение материи. Спустя чуть больше, чем десять лет, астроном Эдвин Хаббл понял, что Вселенная на самом деле расширяется, и Эйнштейн отказался от идеи космологической постоянной. Однако в последнее время физики все больше приходят к выводу, что темная энергия могла бы занять ее роль.
Темная энергия — это форма энергии, которая, по мнению физиков, составляет порядка 68% Вселенной. Темная матери составляет около 27%, и на «обычную материю» приходится менее 5%. Проблема заключается в том, что такой высокий процент темной материи мог обеспечить только рост крошечной Вселенной, а не той огромной, которую мы все знаем и любим, потому что она расширялась бы слишком быстро, чтобы дать галактикам шанс на формирование.
«В соответствии с новым механизмом, Вселенная возникла с набором конкретных начальных условий, естественным образом эволюционировала в текущее состояние и будет продолжать двигаться по этому пути к полному коллапсу. В таком сценарии, как только возобладает двигатель коллапса, Вселенная войдет в период «медленного движения», которое приведет к ускоренному расширению, наблюдаемому сегодня. В конце концов, Вселенная перестанет расширяться и начнет движение в обратном направлении, начнет сжиматься, что приведет к Большому Сжатию (противоположности Большому Взрыву)».
Работа ученых была опубликована в Physical Review Letters. Впрочем, даже если ученые и правы, у нас будут десятки миллиардов лет на подготовку к этому грандиозному событию.
Источник
10 теорий о конце Вселенной
Больше всего во Вселенной нас удивляет то, как мало мы о ней знаем. И точно так же, как мы хотим знать, что происходит с нашей смертью, наука задается вопросом о том, что происходит в конце Вселенной. Научное сообщество произвело много теорий — и некоторые действительно впечатляют.
Большое Сжатие
Большое Сжатие, как вы можете догадаться, это противоположность Большому Взрыву. Вся материя расширяется наружу к краям Вселенной под воздействием гравитации нашей вселенной. Согласно этой теории, гравитация в конечном счете замедлится и начнет сокращаться. Это сокращение вернет всю материю (планеты, звезды, галактики, черные дыры — все) обратно в центр, с которого все началось, и сожмет в сингулярность. Мы окажемся в тех же условиях, в которых была вселенная до Большого Взрыва — вся материя вселенной сожмется в бесконечно малую точку — инфинитезималь.
Однако вряд ли это произойдет, если верить тем знаниям, которые у нас сейчас есть, поскольку Вселенная расширяется все более быстрыми темпами.
Неизбежная тепловая смерть Вселенной
Вселенная живет по тем же правилам, что и любая термодинамическая система, и все они в конечном счете закончат одинаково: когда тепло равномерно распределится. Грубо говоря, ветер разнесет тепло по всей Вселенной, и она станет холодной, темной и скучной. Все звезды, которые мы знаем, померкнут одна за одной, и однажды не хватит энергии зажечь новые. Вся вселенная погаснет. Материя будет, но в форме частиц, и их движение будет совершенно случайно. Вселенная будет в состоянии равновесия, и эти частицы будут отскакивать друг от друга, не обмениваясь энергией. Мы останемся «смятым окурком, плевком, в тени под скамьей, куда угол проникнуть лучу не даст. И слежимся в обнимку с грязью, считая дни, в перегной, в осадок, в культурный пласт».
Тепловая смерть из-за черных дыр
В конечной вселенной эти черные дыры в конечном итоге поглотят большую часть материи и мы останемся наедине с темной вселенной. Время от времени будет вспышка света, почти как молния, когда объект подойдет достаточно близко к черной дыре, чтобы испустить энергию, и снова все погрузится во тьму. В конечном итоге останутся только гравитационные колодцы в нигде. Массивные черные дыры поглотят меньшие и станут еще больше. Таким будет финальное состояние вселенной. Со временем черные дыры испаряются (теряют свою массу), излучая так называемое излучение Хокинга. Поэтому, когда умрет последняя черная дыра, мы останемся с равномерно распределенными субатомными частицами излучения Хокинга.
Конец времени
Предположим, что мы живем во Вселенной, когда никогда не закончится. С бесконечным количеством временем все, что может случиться, случится со 100-процентной вероятностью (согласно теории Пуанкаре). Этот же парадокс произойдет, если вы будете жить вечно. Вы живете бесконечное время, поэтому любое событие случится гарантированно (и произойдет бесконечное количество раз). Поэтому, если вы будете жить вечно, шанс того, что вы застынете во времени, 100-процентный. Поскольку это допущение спутало множество расчетов, которые пытались предсказать конец нашей вселенной, ученые предположили кое-что еще: само время должно однажды остановиться.
Допустим, вы будете живы, чтобы это испытать (миллиарды лет после конца Земли), но вы не сможете понять, что что-то пошло не так. Время просто остановится и все замерзнет, как снимок, как слепок, навсегда. Но и навсегда это не будет, потому что время просто не будет двигаться вперед. Это будет просто один момент времени. Вы никогда не умрете и не постареете. Это своего рода псевдобессмертие, но вы об этом никогда не узнаете.
Большой Отскок
Физикам не нравится это объяснение, поэтому некоторые ученые полагают, что вселенная просто не вернется обратно к сингулярности. Скорее она очень близко приблизится к этому состоянию и отскочит, подобно тому, как мяч отскакивает от пола. Большой Отскок в этом плане очень похож на Большой Взрыв и теоретически может породить новую вселенную. В этом колеблющемся цикле наша вселенная может стать первой вселенной в серии или четырехсотой. Никто не узнает об этом.
Большой Разрыв
Самая страшная часть этой теории в том, что хотя большинство этих сценариев случаются после того, как сгорают звезды, Большой Разрыв должен произойти, по ранним оценкам, через 16 миллиардов лет. На этой стадии Вселенная, планеты и теоретически жизнь еще будут существовать. Этот катаклизм может сжечь ее живьем, оторвать от всего сущего и скормить космическим львам, которые живут между вселенными. Неизвестно, что будет. Но эта смерть явно более жестокая, чем медленная тепловая смерть.
Событие вакуумной метастабильности
Но не переживайте: вселенная все еще будет там. Законы физики будут другими, а возможно — и другая жизнь. Но во вселенной не будет ничего, чего мы не смогли бы понять.
Временной барьер
Поскольку законы физики не имеют смысла в бесконечной вселенной, единственный вывод, который можно сделать, это то, что существует физическая граница, предел, за который выйти нельзя. И если верить физикам, в следующие 3,7 миллиарда лет мы пересечем этот временной барьер, и для нас вселенная закончится. Хотя куда более вероятно то, что мы просто не можем понять и описать этот принцип с нашей физической терминологией.
Этого не будет (поскольку мы живем в мультивселенной)
Количество новых вселенных всегда будет большем, чем старых, поэтому в теории число вселенных увеличивается.
Вечная вселенная
Так вот, не с сингулярности Большого Взрыва начался отсчет времени, время могло существовать и раньше (за бесконечность до этого), а сингулярность и результирующий взрыв могли стать следствием столкновения двух бран (структур пространства-времени более высокого уровня бытия). В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься всегда.
Мы, кстати, можем выяснить это в ближайшие 20 лет — у нас есть спутник Планк, исследовавший космос в поисках паттернов микроволнового фона, которые подскажут нам что-нибудь о происхождении Вселенной. Это долгий процесс, но он предоставит нам знания о том, с чего началась наша Вселенная, а возможно подскажет, чем она закончится.
Источник
Тепловая смерть Вселенной и теория Большого Сжатия
О Вселенной мы знаем пока очень мало. На самом деле, почти ничего. Но поскольку люди задумываются о том, что происходит после их смерти, смерть целой Вселенной интересует нас не меньше. За последние годы научное сообщество выдвинуло множество теорий —сейчас вы узнаете об одной из них . Правды, само собой, не может знать никто.
Теория Большого Сжатия
Самая знаменитая теория о рождении Вселенной — это теория Большого взрыва. Она гласит, что вся материя изначально существовала как сингулярность — бесконечно плотная точка посреди великого ничто. А потом по непонятным причинам произошёл взрыв. Материя вырвалась наружу с невероятной скоростью и постепенно стала известной нам Вселенной.
Как вы могли догадаться, Большое сжатие — это Большой взрыв «наоборот». Вселенная постепенно расширяется под воздействием собственной гравитации, но этому должен быть предел — некая конечная точка, граница. Когда Вселенная достигнет этой границы, то прекратит расширяться и начнёт сжиматься. Тогда вся материя (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры -всё) снова сожмётся в одну бесконечно плотную точку.
Правда, последние данные этой теории противоречивы — учёные недавно обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее.
Об этой теории Вы должны были узнать, чтобы основной гвоздь сегодняшней программы был более понятен для Вас.
Тепловая смерть Вселенной
В общем и целом Тепловая смерть — противоположность Большому сжатию. Согласно теории, гравитация способствует тому, что Вселенная продолжит расширяться в геометрической прогрессии. Галактики будут отдаляться от друга всё дальше и дальше, подобно несчастным любовникам, и всеобъемлющая чёрная пропасть между ними будет расти.
Вселенная следует тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему, что в ней есть. Всё вещество Вселенной равномерно распределено среди холодного, скучного и тёмного «тумана».
В конце концов все звёзды, одна за другой, вспыхнут и погаснут, а энергии для появления новых звёзд уже не будет — вселенная погаснет. Материя всё ещё останется на месте, но в форме частиц, чьё движение будет полностью хаотичным. Эти частицы будут сталкиваться друг с другом, но без обмена энергией. А люди? Люди тоже станут всего-навсего частицами посреди бескрайней пустоты.
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