Смерть Вселенной! Как это будет?
Человечество с древнейших времен пытается понять, когда же наступит конец всему: Пророчество Майа, Судный день, Армагеддон, КиЯмат – всего и не перечислишь! И в наши дни СМИ постоянно пророчат конец света чуть ли не на следующей неделе. То на нас может упасть астероид, то появился новый смертельный вирус, то магнитное поле Земли барахлит…
Но есть две проблемы. Во-первых, пока еще ни один такой прогноз не оправдался, что ставит под сомнение подобные заявления. А во-вторых, все это – не конец света в правильном его понимании. Да, человечество полностью может исчезнуть. Но! Это означает только, что в космосе станет на одну обитаемую планету меньше. А все остальное-то останется! Вся Вселенная продолжит существовать, как и раньше, абсолютно не заметив пропажи каких-то мелких букашек. Ну это я сейчас про людей.
Но вы никогда не задавались более глобальным вопросом? Наступит ли конец света для абсолютно всего? И может ли исчезнуть вся Вселенная? Со всеми галактиками, черными дырами, летающими в космосе автомобилями и прочим. И если мы доживем до этого момента, то сможем ли спастись? Давайте разберемся, что об этом говорит наука!
Тепловая смерть
Издавна ученые считали, что Вселенная будет существовать вечно. Вплоть до середины 19 века, когда был предложен сценарий так называемой «Тепловой смерти»! Что же это такое?
Начну издалека. В термодинамике, есть понятие энтропия. Это величина, показывающая степень беспорядка в системе. Я люблю иллюстрировать ее на примере овечек. Представьте, себе 3 разных овечки и 3 стойла для них.
Сколько вариантов расположения существует? Правильно, всего 6, вот они все перед вами:
А теперь представьте себе, что фермер загнал овечек в стойла, ушел, но забыл закрыть загоны. Что происходит? Правильно, овечки разбредаются по ферме и теперь вариантов их расположения уже не 6, а намноооого больше!
Как видите, если замкнутую систему предоставить самой себе, степень беспорядка, то есть энтропия, увеличивается. Или остается постоянной, если это уставшие овечки! Это — второй закон термодинамики. Работает он, конечно, больше на поведении молекул в жидкостях, газах, твердых телах.
Например, вы размешиваете рафинад в чае. Расположение частичек сахара становится более беспорядочным. Или вы уронили свой Iphone Х и разбили экран на мелкие кусочки. Печально, но энтропия тоже увеличивается. И что самое главное, это необратимо. Вероятность, что частицы сахара или стекла соберутся в точности обратно по сути нулевая.
И этот закон действует во всей Вселенной! Звезды взрываются, превращаясь в туманности, астероиды сталкиваются друг с другом, крошась в пыль, галактики рассеиваются и исчезают!
В итоге, через много-много лет Вселенная будет равномерно заполнена веществом с одинаковой плотностью и температурой. Это будет холодный, темный и очень скучный мир, в котором не будет просходить ничего. Радует, что Дома-2 там тоже не будет.
Удручающий сценарий, правда? Однако такое вряд ли произойдет. Второй закон термодинамики работает только в замкнутых системах. Применим ли он к бесконечной Вселенной, мы не знаем. К тому же в этом сценарии не учитывается гравитация! Если она есть, то максимуму энтропии не соответствует равномерная плотность, все-таки какие-то структуры останутся! Так что, можно выдохнуть и не бояться тепловой смерти. Но, есть вещи и пострашнее!
Расширение Вселенной
В 20 веке появились новые теории, еще более невероятные! Благодаря двум открытиям: разбегания галактик и реликтового излучения, удалось понять, что Вселенная непрерывно расширяется! Мы поняли, что более 13 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв, наблюдаемая Вселенная начала увеличиваться и к нашим дням уже раздулась до невероятных размеров!
Но мы пока плохо понимаем, что будет дальше, это вам не пасьянс разложить! С одной стороны, да, галактики разбегаются, и это будет продолжаться еще довольно долго. Но с другой, все объекты гравитационно притягиваются друг к другу. При убегании, галактики вынуждены противодействовать взаимному притяжению. Это немного тормозит разбегание, и по сути, замедляет расширение Вселенной.
Что произойдет в итоге, зависит от средней плотности Вселенной. Ведь от нее зависит масса и соответственно гравитационные силы. Мы пока точно не смогли рассчитать эту величину, поэтому возможны два варианта. Первый называют «Большим хлопком».
Большой хлопок
Хлопок не подразумевает никакого звука, это просто красивое название, но за ним таятся страшные вещи! Предполагается, что средняя плотность будет настолько большой, что гравитация полностью затормозит галактики, после чего начнется их неизбежное сближение и сжатие Вселенной!
Только представьте, вещество начнет уплотняться, повсюду будут возникать черные дыры! Потом они начнут сливаться в одну большую черную дыру, которая поглотит весь мир! Так что если кто-то хочет побывать в черной дыре, wellcome! Просто подождите несколько миллиардов лет и возможно все произойдет само!
Большое замерзание
Но может быть совсем по-другому. Если средняя плотность Вселенной окажется равна, или меньше некой критической плотности, гравитация никогда не сможет остановить довольно быстрое разбегание галактик. Вселенная будет расширяться вечно и это приведет к «Большому замерзанию»!
Наш мир будет становиться все больше и больше, в нем будет потихоньку затухать. Через 100 триллионов лет закончится звездообразование, последние звезды израсходуют запасы своего термоядерного горючего, погаснут, и Вселенная погрузится во тьму, медленно остывая.
Через 100 квинтиллионов лет орбиты всех объектов изменятся очень сильно, вследствие гравитационных возмущений. Все больше и больше потухших звезд и планет будет просто вылетать из галактик, пока они практически полностью не рассеются.
10 в 100 степени лет Вселенная будет наполнена такими скитающимися телами, пока они все не повстречают на своем пути черные дыры. Которые в дальнейшем будут испаряться излучением Хокинга пока сами полностью не исчезнут.
Весь мир будет заполнен электромагнитными волнами, нейтрино, которые просто уныло будут летать по всей Вселенной. И это даже страшней чем тепловая смерть. Там хоть можно было фильмов накачать и до старости смотреть. Здесь же это невозможно, ведь даже вещества не останется!
Темная энергия
Но это еще не самое страшное. Чуть менее 20 лет назад ученые обнаружили так называемую темную энергию. Мы пока мало что знаем об этой штуке. Но уверены, что она равномерно заполняет всю Вселенную и обладает эффектом антигравитации!
Именно поэтому расширение происходит с ускорением! Темная энергия словно расталкивает галактики, заставляя их двигаться все быстрее. Это словно образный ветер, который дует во все стороны, и расталкивает, разгоняет галактики. Если все будет продолжаться так же, Вселенную ждет гибель по сценарию Большого замерзания.
Но по-настоящему страшные вещи произойдут, если темная энергия по каким-то причинам усилит свое антигравитационное воздействие! Тогда Вселенную ждет неминуемая гибель совсем иного рода под названием «Большой разрыв»!
Большой разрыв
Казалось бы, ха, ну и что? Ну убегут от нас все галактики еще быстрее, и? Фишка в том, что чем дальше находятся галактики, тем быстрее они друг от друга удаляются. На каком-то расстоянии эта скорость может быть даже больше световой. Это не противоречит теории относительности, я об этом уже упоминал в предыдущих видео, советую глянуть)
То есть, вокруг нас есть сфера, на которой все удаляется со световой скоростью, ее называют сферой Хаббла.
Если расширение Вселенной ускоряется, скорость разбегания увеличивается. Галактики на сфере начинают двигаться даже быстрее скорости света, а световая скорость будет у объектов, которые чуть ближе к нам! То есть сфера Хаббла может уменьшаться!
И теперь самое интересное! Если темная энергия усилит антигравитационное воздействие всего в полтора раза, рано ли поздно эта сфера станет размером с Солнечную систему! Все, что находится за ней, будет просто разлетаться в разные стороны со сверхсветовой скоростью! И ни одна сила не сможет этому противостоять! Согласно расчетам, это произойдет уже через 22 млрд лет.
Источник
Конечна или бесконечна Вселенная?
Есть два варианта: либо Вселенная конечна и обладает размером, либо бесконечна и тянется вечно. Оба варианта заставляют хорошенько задуматься. Насколько велика наша Вселенная? Все зависит от ответа на вышеуказанные вопросы. Пытались астрономы понять это? Конечно пытались. Можно сказать, они одержимы поиском ответов на эти вопросы, и благодаря их поискам мы строим чувствительные космические телескопы и спутники. Астрономы вглядываются в космический микроволновый фон, реликтовое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Каким образом можно проверить эту идею, просто наблюдая за небом?
Ученые пытались найти доказательства того, что особенности на одном конце неба связаны с особенностями на другом, вроде того, как края обертки на бутылке соединяются друг с другом. До сих пор не найдено никаких доказательств, что края неба могут быть связаны.
Если говорить по-человечески, это означает, что на протяжении 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях Вселенная не повторяется. Свет проходит туда-сюда-обратно через все 13,8 миллиарда световых лет и только потом покидает Вселенную. Расширение Вселенной отодвинуло границы покидания светом вселенной на 47,5 миллиарда лет. Можно сказать, наша Вселенная 93 миллиарда световых лет в поперечнике. И это минимум. Возможно, это число 100 миллиардов световых лет или даже триллион. Мы не знаем. Возможно, и не узнаем. Также Вселенная вполне может быть бесконечной.
Итак, представьте себе. В одном кубометре космоса (просто расставьте руки пошире) есть конечное число частиц, которое может существовать в этом регионе, и у этих частиц может быть конечное число конфигураций с учетом их спина, заряда, положения, скорости и т. д.
Тони Падилья из Numberphile подсчитал, что это число должно быть десять в десятой в семидесятой степени. Это настолько большое число, что его нельзя записать всеми карандашами во Вселенной. Если предположить, конечно, что другие формы жизни не изобрели вечные карандаши или не существует дополнительного измерения, заполненного сплошь карандашами. И все равно, наверное, карандашей не хватит.
В наблюдаемой Вселенной есть только 10^80 частиц. И этого намного меньше, чем возможных конфигураций материи в одном кубометре. Если Вселенная действительно бесконечна, то удаляясь от Земли вы в конце концов найдете место с точным дубликатом нашего кубометра космоса. И чем дальше, тем больше дубликатов.
Подумаешь, скажете вы. Одно облако водорода выглядит так же, как и другое. Но вы должны знать, что проходя по местам, которые будут выглядеть знакомыми все больше и больше, вы в конечном итоге дойдете до места, где найдете себя. А найти копию себя — это, пожалуй, самое странное, что может произойти в бесконечной Вселенной.
Ответить на вопрос, конечна или бесконечна Вселенная, крайне важно, потому что любой из ответов будет умопомрачительным. Пока астрономы не знают ответа. Но не теряют надежды.
Источник
Вселенная НЕ бесконечна?
Это снимок космического телескопа Хаббл, сделанный в 2004 году. Его важная особенность в маленькой красной точке. Это не битый пиксель, а изображение самой далекой галактики, обнаруженной на данный момент! Сейчас до нее больше 32 миллиардов световых лет, ну а в километрах это вообще чудовищная цифра. Да, такси недешево обойдется 🙂
Но даже такое огромное расстояние меркнет перед тем, что Вселенная – бесконечна! Удаляясь все дальше и дальше, мы никогда не обнаружим ее края. Просторы космоса безграничны и не имеют пределов.
Хотя стоп! С чего мы это взяли?
И правда! То, что мы не видим края Вселенной, еще не означает, что его нет! Да, наш мир огромен, но вдруг он имеет конечный размер, и его можно даже посчитать? Давайте разберемся, действительно Вселенная бесконечна, или все-таки нет? Прочитайте статью до конца и возможно, вы поменяете свое мнение!
Наблюдаемая Вселенная
Итак, впервые о том, что у нашего мира нет конца и края заговорили еще во времена Джордано Бруно, в конце 16 века.
Прошло несколько столетий и, как вы думаете, далеко ли мы продвинулись в понимании размеров Вселенной? Ну, не особо. Да, за такие мысли уже не сжигают, мы много узнали об устройстве мира, но трудностей только прибавилось.
Например, мы поняли, что никогда не сможем увидеть Вселенную целиком, как бы ни старались. Оказывается, нам доступна для наблюдения только ограниченная ее часть, и есть теоретический предел дальности наших исследований.
Причина такой жестокости – скорость света (299 792 458 м/с). Эта величина огромная, но все-таки конечная. Поэтому чем дальше галактика, тем больше времени свет от нее идет до нас. И от очень далеких галактик он еще просто не успел долететь до Земли за все время существования Вселенной!
Так что самое дальнее, что можно наблюдать, находится в 46,5 миллиардах световых лет (цифра такая большая из-за расширения Вселенной: галактики успевают сильно удалиться прежде, чем их свет достигнет Земли). Это – граница Наблюдаемой Вселенной, ее называют горизонтом частиц. А все, что находится дальше, мы увидеть не можем, даже в теории! И вот тут начинается самое интересное!
Кривизна Вселенной
Мы можем только гадать, что находится за горизонтом частиц! Может даже феи и единороги, кто знает? Конечно, логично предположить,что там бесконечное число таких же звезд, туманностей и галактик, но повторюсь, это только предположение. На деле, все может оказаться иначе, и где-то далеко-далеко Вселенная может замыкаться сама на себя! Но как такое возможно?
Дело в том, что пространство может быть искривлено. Чтобы было понятней, попробуйте мысленно провести линию вниз, потом вбок, а потом вверх. Придете ли вы в ту же точку? В плоском, не искривлённом пространстве такое невозможно. Но, например, на поверхности сферы – это вполне реально!
Что-то похожее может быть со всей Вселенной, только искривлено будет 3 измерения. Такое искривление производят массивные тела – планеты, звезды, галактики. Мы, кстати, это воспринимаем, как гравитацию.
И на масштабах Вселенной это искривление действительно может замкнуть ее саму на себя!
Проверить это можно, измерив среднюю плотность Вселенной. Если она равна некой критической величине, то Вселенная бесконечно плоская, не искривленная (плоская это больше обозначение, она конечно не двухмерна). Если средняя плотность меньше критической, Вселенная тоже бесконечна, но искривлена как чипсы. Однако если больше, то это значит, массы во Вселенной достаточно для искривления до замкнутого состояния. И самое интересное, что мы это измерили!
Итак, согласно последним данным средняя плотность Вселенной… равна критической. Что означает, что наш мир плоский (вариант посередине).
Но, существует погрешность в 0,25%. Поэтому вероятность искривленности и замкнутости остается! Точные расчёты показывают, если все-таки это так, ее радиус минимум в 250 раз больше, чем у наблюдаемой части. То есть ее диаметр не менее 23 триллионов световых лет, а объем – в 15 миллионов раз превышает видимый нам.
Эти расстояния огромны! Но задумайтесь, что, если и правда так? В таком случае, пойдя в одну сторону Вселенной, вы придете с противоположной, словно обогнули Вселенную! Этакое «круговселенское» путешествие! Сможем ли мы когда-нибудь такое сделать – большой вопрос. Но сама возможность – поражает!
Топология
Однако это еще не все. Если вы расстроились, что наша Вселенная скорее всего плоская и не искривленная, хочу вас обрадовать. В этом случае она тоже может быть конечной и замкнутой! Только не из-за геометрии, а топологии Вселенной! Вот сейчас советую присесть!
Топология изучает совершенно иные свойства пространства, нежели геометрия: непрерывность, замкнутость. Но лучше пояснить на примере. Представьте себе Вселенную Пакмена. Она двумерная и абсолютно плоская. Но есть одна особенность. Уходя за одну сторону экрана, Пакмен появляется с другой. Поэтому его мир можно представлять себе в виде цилиндра. Стыка Пакмен никогда замечать не будет, и по горизонтальной оси эта Вселенная будет безгранична, но замкнута.
Можно взять расширенную версию этой игры, в которой Пакмен, уходя за экран вверху, появляется внизу. Такую Вселенную можно замкнуть еще интереснее. Соединяем левую и правую стороны как прежде. Но теперь, вдобавок, еще и верхнюю, и нижнюю! Тогда получится тор , бублик, пончик, называйте как угодно.
И что важно, геометрия такой Вселенной по-прежнему плоская! То есть параллельные прямые не пересекаются, пройдя вниз, вбок и вверх вы не придете в ту же точку. Но топология такова, что она не имеет границ и замкнута, конечна. Вот такой вот финт! Есть еще несколько способов замкнуть двухмерную плоскость, та же лента Мебиуса или бутылка Клейна. Но суть та же: то, что кажется бесконечным, на самом деле может быть просто замкнуто.
Топология Вселенной
Подобное можно провернуть и с трехмерным пространством. Визуализировать сложнее, но если взять некий куб, некий объем, достигая одной грани, вы будете появляться с противоположной и так далее. Словно они соединены друг с другом.
Выглядеть это может так: правая грань соединена с левой, верхняя с нижней, ну и еще передняя и задняя должны, но изобразить это вообще непонятно как. Получается вот такой вот сложный трехмерный тор.
И вполне может быть, что наша Вселенная именно такая!
Замкнутая и конечная, причем с плоской геометрией. Остается только один вопрос, а как это можно проверить?
Ну, если характерный размер Вселенной больше наблюдаемой части, то, к сожалению, никак.
Разве что отправить космический корабль в разведку за миллиарды световых лет и очень-очень долго ждать. Если терпения хватит, и теория окажется верна, мы встретим его с другой стороны.
Но если характерный размер меньше видимой части, это реально обнаружить! Ведь глядя далеко-далеко мы сможем увидеть себя!
А точнее изображение нашей галактики. Единственное что, свету нужно время для преодоления большого расстояния, и свою галактику мы обнаружим очень молодой, поэтому, возможно, просто ее не узнаем! Но только вдумайтесь, а вдруг мы это уже сделали, просто пока не поняли, что это мы и есть?
Заключение
Как видите, вопрос о замкнутости Вселенной пока открыт. И далеко не факт, что она бесконечна. Хотя опровергнуть это мы тоже не можем. Согласитесь, чем-то похоже на изучение нашей планеты. Раньше люди считали, что за горизонтом Земля заканчивается. Теперь же, мы знаем (ну, как минимум разумная часть человечества), что никакого края Земли нет, но и поверхность планеты не бесконечна!
Вселенная может быть устроена практически так же. Пока это только предположения. Но я надеюсь, рано или поздно, появится новый Магеллан и мы это узнаем точно!
Источник