Судьба Вселенной
Что уготовано Вселенной? Большое Сжатие? Большое замораживание? Или же Большой отскок? Данные WMAP склоняются к варианту с Большим замораживанием. Но пока мы не разобрались в свойствах и структуре темной энергии, нельзя исключать ни один из вариантов смерти Вселенной.
Как только исследователи поняли, с чего все началось (Большой Взрыв), им захотелось спрогнозировать и финал. Поэтому перечисленные выше теории выступают ответвлениями Большого Взрыва.
Изображения трех галактик из Galaxy Zoo (вверху) и STAGES (внизу). Здесь продемонстрировано, что недавно обнаруженная группа красных спиральных галактик на границах переполненных участков Вселенной может стать недостающим звеном в галактической эволюции.
Большое сжатие – Вселенная расширится до максимального размера, а затем рухнет в себя и создаст гигантскую черную дыру. С другой стороны, есть Большое замораживание – пространство расширяется вечность, пока все процессы не остановятся.
Варианты конца Вселенной
Намного драматичнее будет Большой разрыв – расширение ускорится и все (даже атомы) разорвется на маленькие частички. Если сталкиваемся с цикличной или колеблющейся моделью, то конца нет… ну, для материи и энергии. А вот привычная Вселенная, да и мы сами, исчезнет. В этом варианте Большой взрыв и Большое сжатие объединятся, чтобы сформировать Большой отскок. Это будет та же Вселенная, но с вечным расширением и сокращением.
Чтобы выяснить точную судьбу Вселенной, нужно понимать значение критической плотности. Если оно низкое, то в игру вступают замораживание и разрыв. Если выше, то сжатие или отскок.
Наиболее точные вычисления реликтового излучения показывают, что плотность практически равна критической. Поэтому у отскока и сжатия не так много шансов. Но придется еще углубиться в понятие темной энергии. Важно выяснить, увеличивается ли ее сила или уменьшается? Это постоянное явление? Только ответы на эти вопросы помогут сформировать окончательный сценарий конца.
Источник
Что было во Вселенной до Большого Взрыва?
В мире много загадок, над которыми до сих пор бьются самые светлые головы человечества. Однако однозначного ответа на некоторые вещи пока что людям найти не дано. Одной из таких дилемм является известная теория Большого взрыва. Узнав об этой теории, возникает естественный вопрос: а что было до Большого Взрыва? На этот счет существуют разные мнения. Некоторыми из них мы с вами поделимся.
Ничего не было?
Теория Большого взрыва гласит о том, что Вселенная появилась из бесконечно малой точки и бесконечно малой плотностью и постоянно расширяется во все стороны. Но что было до этого расширения?
Согласно одной из самых популярных теорий, до Большого взрыва не существовало ничего. Одним из главных популяризаторов этой теории являлся ныне покойный Стивен Хокинг, который объяснял ее следующим образом . По словам ученого, который придерживается подхода Евклида к квантовой гравитации, у Вселенной отсутствуют какие-либо границы. А ее начало можно сравнить с Южным полюсом, «южнее» которого нет ничего. А раз за ним ничего не существует, то и до Большого взрыва ничего не было.
Или всё-таки что-то было?
По мнению других ученых , Вселенная не могла появиться из пустоты, поэтому и Большому взрыву есть логичное объяснение. На их взгляд, наша Вселенная существовала всегда, но в один момент начала быстро расширяться и расти, порождая новые вселенные, которые можно назвать результатами таких Больших взрывов. И наша Вселенная лишь одна из множества появившихся из-за расширения Мегавселенной.
Есть еще одна теория, которая говорит о раннем существовании других Вселенных, которые предшествовали появлению нашей. Предполагается, что их было минимум две, а Большой взрыв произошел в результате их столкновения, которое породило новую Вселенную.
Одна Вселенная, затем ещё одна и так далее.
По мнению профессора Смолина из канадского Института теоретической физики наша Вселенная возникла в результате естественного отбора . Чтобы объяснить ее появление, Смолин воспользовался теорией Дарвина, перенесся ее на космологические процессы. Профессор считает, что до существования нашей Вселенной, была еще одна, а до нее, в свою очередь, другая. Появление же каждой из них ученый связывает с возникновением черных дыр. Внутри нее материя сжимается до предела, после чего происходит резкое расширение, что можно считать Большим взрывом, который и формирует новую Вселенную.
У коллеги профессора Смолина Парама Сингха на этот счет есть другое мнение. Во-первых, он считает, то, что принято называть Большим взрывом – нужно называть Большим прыжком. Во-вторых, по его мнению , Вселенная не могла появиться из ничего, следовательно, до нее существовало что-то, что можно назвать еще одной Вселенной, которая разрушилась в течение времени, но из-за Большого прыжка развернулась обратно до тех размеров, которые мы можем наблюдать сегодня.
Компьютерная симуляция
Команда доктора Слоана из Британии в конце 2018 года обнародовала новую версию того, что представлял собой мир до возникновения Большого взрыва. Стоит учесть, что теория британских ученых не противоречит теории относительности Эйнштейна, который одним из первых начал развивать вопрос о возникновении Вселенной. Они обратили внимание на то, что мы находимся внутри Вселенной, следовательно, у нас нет возможности определить ее точные размеры.
Взяв эту идею за основу, ученые воспроизвели компьютерную модель так называемой безразмерной Вселенной, пытаясь понять, как выглядела точка, из которой и возник Большой взрыв. Как выяснилось, за этой точкой продолжает существовать время и пространство, но они отзеркалены. То есть до возникновения Вселенной время шло в другую сторону, а пространство было расположено по-другому. А вследствие Большого взрыва уже возникла наша Вселенная с теми законами физики, которые известны нам.
«Спящая» Вселенная
Еще одна теория представляет нам модель «спящей» Вселенной. По мнению некоторых ученых, Вселенная являлась медленно эволюционирующим пространством, которое находилось в некой фазе сна. Такой тип Вселенной имеет стабильное состояние, но если его перекроет еще более стабильное, на его месте возникнет новое образование.
Существуя в таком виде, прежняя Вселенная могла являться прародительницей той, в которой живем мы. Ее стабильное состояние окончилось резким расширением, называемым Большим взрывом, что привело к новому более прочному существованию. Но если следовать этой теории, то и история нашей Вселенной может закончиться таким же образом, а вместе с ней, возможно, оборвется наша жизнь. Но это всего лишь предположение.
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
Рождение Вселенной
Сегодняшняя необъятная Вселенная 13,8 миллиарда лет назад находилась в крошечной точке меньше атома в виде сгустка энергии. Чтобы образовались звёзды и галактики, а также жизнь на Земле, Вселенной пришлось пройти несколько этапов после Большого Взрыва.
Эпохи Вселенной
Первой считается Планковская эпоха после Большого Взрыва. Длительность практически нулевая 0,000000. 1 секунды (41 нуль после запятой и 1 в конце).
За это время произошло слияние основных 4 сил: сила гравитации, электромагнетизм, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие. Они объединились в суперсилу. В это время во Вселенной существовала только энергия и суперсила.
Так как Вселенная стремительно начала охлаждаться и расширяться, то в конце эпохи сила гравитации отделилась от остальных. 3 другие силы остались вместе, образовав электроядерное взаимодействие . Пришла эпоха Великого объединения .
Срок существования второй эпохи длился с конца Планковской до 10^-36 секунды. Когда отделилось сильное ядерное взаимодействие от других сил, началась великая эпоха Космической инфляции . За какие-то 10^-32 секунды Вселенная расширилась в 100 септиллионов раз (100 000 000 000 000 000 000 000 000).
Тем не менее Вселенная ещё не достигла размеров Солнечной системы Стоит заметить, все три эпохи прошли за время меньшее, чем 1 секунда .
В эпоху Космической инфляции появились субатомные частицы: кварки и электроны (будущие строители стабильных атомов и молекул). Только они ещё не имели массы. Но во время следующей эпохи в 10^-11 секунды остальные две силы: слабое ядерное взаимодействие и электромагнетизм отделились друг от друга. Тогда частицы приобрели массу.
Название этой эпохи — Нарушение электрослабой симметрии . Человечеству удалось воссоздать её в Большом адронном коллайдере . Через 1 микросекунду после Большого взрыва температура Вселенной охладилась до 10 триллионов ° С. Так началась эпоха адронов .
При такой температуре субатомные частицы кварки способны объединяться в протоны и нейтроны. А это строительные частицы для будущих элементов: водород, гелий. Эпоха продлилась до 1 минуты 40 секунд после взрыва.
В следующую очередь пришла эпоха Лептонов. Самые известные лептоны – электроны. До 3 минут они уничтожались с антиэлектронами. Однако часть электронов осталась. Вселенная продолжала остывать: протоны и нейтроны, состоящие из кварков, образовывали ионы водорода и гелия.
В результате на 3 минуте после Большого взрыва Вселенная представляла собой 4 отдельные силы и вещество, состоящее на 75% из водорода и 25% гелия. Водород и гелий были всё ещё горячие.
Только с 3 минуты до 380 000 лет началось постепенное формирование стабильных атомов водорода и гелия с захватыванием электронов. Назвали эпоху протонной . В конце эпохи Вселенная становится прозрачной.
В этот момент гравитация занимает лидирующее положение над остальными силами. Начинается гравитационное притягивание пыли и газа из водорода и гелия. Так образуются первичные звёзды и галактики.
Через 1 миллиард лет отдельные звёзды разрушаются, однако внутри звёзд под высоким давлением и высокой температуры происходит ядерное слияние в более тяжёлые элементы: углерод, кислород, азот и т.д. При взрывах разлетаются новые элементы в разные стороны космического пространства.
Так помимо новых разнообразных звёзд по химическому составу зарождаются и планеты. То есть создателями элементов тяжелее водорода и гелия являются звёзды. Благодаря звёздам образовалась Земля с возможным развитием жизни.
Понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайк, делитесь информацией в социальных сетях. Дальше будет интереснее!
Источник