Intet er evigt. Og vores univers vil selvfølgelig også dø. Rygtet siger, at det vil være evig ekspansion og til sidst død fra entropi. Universet ekspanderer, og entropi vokser og vil fortsætte med at vokse, indtil alt, hvad vi holder af, dør. Men dette er en følelse, og vi er menneskelige videnskabsmænd, så vi spekulerer på, hvordan universets ende vil se ud? Hvad vil det ledsages af? Nej, nysgerrig.
Der er ingen stjerner tilbage på nattehimlen
Om 150 milliarder år vil nattehimlen på Jorden se meget anderledes ud. Da universet stræber efter sin termiske død, udvides rummet hurtigere end lysets hastighed. Vi ved, at lysets hastighed er den stive hastighedsbegrænser for alle objekter i universet. Men dette gælder kun for objekter, der er i rummet, ikke selve rumtidsstoffet. Det er svært at finde ud af i farten, men stoffet i rumtiden ekspanderer allerede hurtigere end lysets hastighed. Og i fremtiden vil dette medføre mærkelige konsekvenser.
Da rummet i sig selv udvider sig hurtigere end lys, er der en kosmologisk horisont. Ethvert objekt, der går ud over denne horisont, vil kræve, at vi er i stand til at observere og registrere data om det ved hjælp af partikler, der bevæger sig hurtigere end lys. Men der er ingen sådanne partikler. Så snart objekter forlader den kosmologiske horisont, bliver de utilgængelige for os. Ethvert forsøg på at kontakte eller interagere med fjerne galakser ud over denne horisont vil kræve teknologi fra os, der kan bevæge sig hurtigere end selve udvidelsen af rummet. Indtil videre er kun få genstande uden for vores kosmologiske horisont. Men når mørk energi fremskynder ekspansion, vil alt i sidste ende være uden for rækkevidde for vores øjne.
Hvad betyder dette for Jorden? Forestil dig at kigge op på nattehimlen 150 milliarder år fra nu. Det eneste, der ses, er et par stjerner, der forbliver inden for den kosmologiske horisont. I sidste ende vil de også rejse. Nathimlen vil være helt klar, ligesom tabula rasa. Fremtidens astronomer vil ikke være i stand til at bevise, at der er andre objekter i universet. Alle de stjerner og galakser, som vi ser nu, forsvinder. For os er kun solsystemet tilbage i hele universet. Sandt nok vil jorden sandsynligvis ikke leve op til dette, men mere om det nedenfor.
Salgsfremmende video:
Livet efter Solens død forsvinder ikke
Alle ved, at stjerner ikke varer evigt. Deres levetid begynder med deres dannelse, fortsætter gennem hele sekvensfasen (som tegner sig for det meste af stjernens liv) og slutter med stjernens død. I de fleste tilfælde svulmer stjerner op til flere hundrede gange deres normale størrelse og afslutter hovedsekvensfasen og sluger med dette eventuelle planeter, der kommer tæt på dem.
Men for planeter, der kredser om stjernen i store afstande (uden for systemets "fryselinie"), kan disse nye forhold faktisk blive varme nok til at støtte livet. Ifølge en nylig undersøgelse foretaget af Carl Sagan Institute ved Cornell University kunne denne situation i nogle stjernesystemer vare i milliarder af år og føre til fremkomsten af helt nye former for udenjordisk liv.
Om cirka 5,4 milliarder år vil vores sol forlade hovedsekvensfasen. Efter at have udtømt brintbrændstoffet i kernen, vil asken af inert helium, der samler sig der, blive ustabil og kollapse under indflydelse af deres egen vægt. Dette vil føre til, at kernen opvarmes og bliver tættere, hvilket igen vil føre til en stigning i Solens størrelse - stjernen vil gå ind i fasen af "grenen af røde giganter".
Denne periode begynder, når vores sol bliver en underkæmpe og langsomt fordobles i størrelse over cirka en og en halv milliard år. Den vil ekspandere hurtigere i de næste halve milliard år, indtil den er 200 gange sin nuværende størrelse og flere tusinde gange lysere. Derefter bliver det officielt en rød kæmpe, og dens diameter vil være cirka 2 AU. e. - Solen vil gå ud over Mars 'nuværende bane.
Det er klart, at Jorden ikke vil overleve udseendet af en rød kæmpe i solsystemet som Mercury, Venus eller Mars. Men ud over fryselinien, hvor det er koldt nok til, at flygtige forbindelser - vand, ammoniak, methan, kuldioxid og kulilte - forbliver frosne, vil der være gaskæmper, iskæmper og dværgplaneter. Og en fuldstændig optøning begynder.
Kort sagt, når en stjerne udvider sig, vil dens "beboelige zone" gøre det samme og spænde over Jupiter og Saturn's kredsløb. Når dette sker, kan et tidligere ubeboet sted - som månerne til Jupiter og Saturn - pludselig blive bolig. Det samme gælder for mange andre stjerner i universet, som er bestemt til at blive røde giganter, når de vokser op og dør.
Når vores sol når den røde fase af den kæmpe gren, vil den kun have 120 millioner års aktivt liv. Denne tid er ikke nok til, at nye livsformer kan dukke op og udvikle sig, i stand til at blive virkelig komplekse (som mennesker og andre pattedyrarter). Men ifølge en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i The Astrophysical Journal, kan nogle planeter i nærheden af andre røde giganter i vores univers forblive beboet i meget længere tid - op til ni milliarder år eller mere i nogle tilfælde.
For at du forstår, er ni milliarder år dobbelt så meget som Jordens nuværende alder. Hvis vi antager, at de verdener, der interesserer os, har den rigtige sammensætning af elementer, vil de have tid nok til at give anledning til nye komplekse livsformer. Undersøgelsens hovedforfatter, professor Lisa Kaltenneger, er også direktør for Carl Sagan Institute. Hun ved førstehånds, hvordan man søger efter livet i universet:
”Når en stjerne bliver ældre og lysere, bevæger den beboelige zone sig udad, og du ser i det væsentlige et andet liv for planetsystemet. I øjeblikket er objekter i de ydre regioner frosset i vores solsystem, som Europa og Enceladus, månerne til Jupiter og Saturn. Efter at vores gule sol udvider sig nok til at blive en rød kæmpe og gøre jorden til en brændt ørken, vil der stadig være områder i vores solsystem - og også i andre systemer - hvor livet kan blomstre."
Når en stjerne udvider sig, mister den masse og skubber den udad i form af solvinden. Planeter, der kredser tæt på en stjerne eller har lav overfladegravitation, kan miste deres atmosfære. På den anden side kan planeter med tilstrækkelig masse (eller placeres i sikker afstand) bevare denne atmosfære. I sammenhæng med vores solsystem betyder det, at verdener som Europa og Enceladus (som måske allerede har liv gemt under isskaller) om nogle få milliarder år kan blive et paradis for livet.
Vores sol bliver en sort dværg
I øjeblikket har vores univers mange forskellige typer stjerner. Røde dværge - kølige stjerner, der udsender rødt lys - er blandt de mest almindelige. Der er også mange hvide dværge i universet. Dette er stjernernes rester af døde stjerner, sammensat af degenereret stof, der holdes sammen af kvanteeffekter. I øjeblikket mener astronomer, at hvide dværge har en næsten uendelig levetid. Men efter en vis tid vil selv de dø og blive eksotiske stjerner: sorte dværge.
En sådan skæbne venter også vores sol. I den fjerne fremtid vil vores sol skubbe sine ydre lag ud og blive til en hvid dværgstjerne, der forbliver i milliarder af år. Men en dag begynder selv hvide dværge at køle ned. Efter 10 år (med en effekt på 100 år) vil de køle ned til en temperatur svarende til temperaturen på mikrobølgebaggrundsstrålingen, et par grader over absolut nul.
Når dette sker, bliver vores stjerne en sort dværg. Fordi denne type stjerne er så kold, vil den være usynlig for det menneskelige øje. For enhver, der forsøger at finde solen, der gav os liv, vil det være umuligt at gøre det ved hjælp af optiske systemer. Han bliver nødt til at lede efter det ved tyngdekraftseffekter. De fleste af de stjerner, vi ser på nattehimlen, bliver sorte dværge (en anden grund til, at nattehimlen bliver klar). Men for vores varme sol er det især stødende.
Mærkelige stjerner
Da vores sol bliver en sort dværg, er stjernernes udvikling allerede afsluttet. Nye stjerner vil ikke blive født. I stedet vil universet blive oversvømmet med rester af kold stjerne. Og dette vil gøre det muligt for universet at begynde at skabe mærkelige stjerner, der adskiller sig væsentligt fra det, vi kender.
En af disse er en kølig eller kold stjerne. Når stjerner i universet udbrænder deres atombrændstof, øger de deres metallicitet. I astronomi er det et mål for elementerne i en stjerne, der er tungere end helium - næsten alle grundstoffer, der starter med lithium. Efterhånden som en stjernes metallicitet øges, bliver de koldere, da de tungere elementer frigiver mindre energi under fusion. Endelig bliver stjernerne så kolde, at de har en temperatur på 0 grader, vandets frysepunkt.
Ser vi længere ind i fremtiden, vil der være en endnu fremmed stjerne. Om cirka 10 år (frem til 1500 år) i fremtiden vil entropi tage sit præg, og universet vil i det væsentlige være dødt. I disse kolde tider vil kvanteeffekter herske over universet.
Kvantetunnel gør det muligt at syntetisere lette elementer til en ustabil form af jern. Den vil igen henfalde til en mere stabil isotop, der udsender en lille mængde energi. Disse jernstjerner vil være den eneste mulige stjerneform på dette tidspunkt. Men de findes kun i modeller, hvor astronomer ikke tror på protonforfald, så denne idé er ikke den mest populære.
Alle nukleoner vil henfalde
Lad os spole tilbage fra et punkt 10 (til kraften 15) år efter Big Bang til et punkt på 10 (til magten på 34) år. Hvis menneskeheden ikke er død på det tidspunkt, vil vi bestemt ikke overleve denne æra. Som nævnt ovenfor argumenterer astronomer konstant om, hvorvidt protonen vil henfalde ved tidens slutning. Lad os sige ja.
Nukleoner er partikler i kernen i et atom, protoner og neutroner. Det vides, at frie neutroner henfalder med en halveringstid på 10 minutter. Men protoner er utroligt stabile. Ingen har set førstehånds forfald af en proton. Men mod slutningen af universet vil alt ændre sig.
Fysikere antager, at en protons halveringstid er 10 år (i kraft af 37 år). Vi har ikke set dette forfald, fordi universet endnu ikke er gammelt nok. I henfaldsperioden (10 (til den 34. magt) - 10 (til den 40. magt) år) begynder protonerne endelig at henfalde til positroner og pioner. Ved afslutningen af henfaldsperioden løber alle protoner og neutroner i universet ud.
Naturligvis vil livet i universet begynde at have problemer. Hvis vi antager, at den menneskelige race overlevede Solens forandring og migrerede til mere venlige dele af universet, vil fysikens love på et bestemt tidspunkt diktere menneskehedens død. Vores kroppe og alle interstellare objekter er lavet af nukleoner. Når de går i opløsning, vil ethvert liv ende, da atomerne selv ophører med at eksistere. Livet vil ikke være i stand til at fortsætte med at eksistere under sådanne forhold (og i en sådan form), og universet vil springe ind i de sorte huller.
Sorte huller vil oversvømme universet
Når nukleoner forsvinder, vil sorte huller træde i lov og vil herske over universet fra 10 (til kraften 40) år efter Big Bang til 10 (til kraften 100) år. Fra dette øjeblik begynder vi at tale om tider så længe, at det er absolut umuligt at forstå dem med vores sind. Efter en tid, der er meget længere end universets nuværende tidsalder, vil sorte huller forblive de eneste strukturer.
Når nukleonerne forlader, vil de vigtigste subatomære partikler være leptoner - elektroner og positroner. De brænder sorte huller. Ved at absorbere resterne af stof i universet udsender sorte huller selv partikler, der fylder universet med fotoner og hypotetiske tyngdekrafter. Men sorte huller er bestemt til at dø, som Stephen Hawking besluttede.
Ifølge Hawking fordamper sorte huller på grund af deres stråling. Når de udstråler, mister de masse i form af energi. Denne proces tager lang tid, så vi ved næsten intet om den. Det tager 10 (i kraft af 60) år for et sort hul at fordampe fuldstændigt, så denne proces er endnu ikke gået til slutningen i et århundrede af vores univers. Men som vi sagde, til sidst vil sorte huller også dø. Kun masseløse partikler og et par spredte leptoner er tilbage af dem, som let samhandler og mister deres energi.
Et atom af en ny type vises
Med kun få subatomære partikler tilbage af vores univers, kan det virke som om der ikke er noget mere at tale om. Men livet kan forekomme selv i denne værste verden.
I mange år har partikelforskere talt om positronium, den atomlignende binding mellem en positron og en elektron. Disse to partikler har modsatte ladninger. (Positronen er elektronens antipartikel). Derfor tiltrækkes de elektromagnetisk. Når et par af sådanne partikler begynder at interagere, kan de have rudimentære baner og atomopførsel.
Da positronium vil være sjældent, kan denne model af positronium "kemi" ikke kaldes komplet. Men nysgerrige ting kan komme ud af disse mærkelige "atomer". For det første kan de eksistere i kæmpe baner, der dækker det interstellære rum. Så længe de to partikler interagerer, vil de være i stand til at opretholde et par uanset afstand.
I løbet af en periode med sorte huller vil nogle af disse "atomer" have diametre, der strækker sig over større afstande end vores nuværende observerbare univers. Positroniumatomer sammensat af leptoner vil overleve protonens forfald og passere gennem de sorte huller. Derudover vil sorte huller skabe positroniumatomer i strålingsprocessen. Efter en vis tid vil positron-elektronparene også henfalde. Men inden det kan universet føde et helt ubeskriveligt liv.
Alt vil bremse, selv selve tanken
Når æraen med sorte huller slutter, og selv disse stjernekæmper forsvinder i mørke, er der kun få ting tilbage i vores univers, hovedsageligt diffuse subatomære partikler og de resterende atomer af positronium. Derefter vil alt i universet ske ekstremt langsomt, enhver begivenhed kan vare i evigheder. Ifølge nogle teoretiske fysikere, såsom Freeman Dyson, kan liv muligvis dukke op igen i universet på dette tidspunkt.
Efter lang, lang tid kan organisk udvikling begynde at udvikle sig fra positronium. De skabninger, der vises, vil være meget forskellige fra alt, hvad vi kender. For eksempel kan de være enorme og spænder over interstellære afstande. Da der ikke er noget andet tilbage i universet, vil de have, hvor de kan vende om. Men da disse livsformer vil være enorme, vil de tænke meget langsommere end os. Faktisk kan det tage billioner af år for en sådan skabning at skabe selv en tanke.
Det kan virke underligt for os, men da disse skabninger vil eksistere med enorme tidsintervaller, vil en sådan tanke være øjeblikkelig for dem. De vil eksistere i utrolig lang tid og se universet flyve forbi dem. Men de vil synke i glemsel.
Slutningen af "makrofysik"
På dette tidspunkt når universet næsten den maksimale tilstand af entropi, dvs. det bliver et homogent energifelt og flere subatomære partikler. Dette vil være efter æraen med sorte huller, meget senere efter 10 år (i kraft af 100 år). Rummet vil udvide sig så meget, og mørk energi bliver så kraftig, at selv sorte huller ophører med at eksistere, og universet vil miste massive objekter.
Det er svært at forestille sig et sådant univers. Tænk bare over det: stjerner vil stoppe med at dannes, fordi de subatomære partikler, der udgør stof, vil være adskilt af sådanne afstande, at de ikke kan mødes på nogen måde og bevæger sig med lysets hastighed. Selv positroniumatomer kan ikke vises.
Fysik vil ende. Den eneste fysiske model, der fortsætter med at arbejde, er kvantemekanik. Kvanteeffekter vil forekomme selv ved enorme interstellare afstande i en gigantisk tidsramme. Til sidst vil universets temperatur falde til absolut nul: der er ingen energi tilbage til at blive til arbejde. I nogle modeller vil udvidelsen af rummet vokse og rive rumtid fra hinanden. Universet vil ophøre med at eksistere.
Er det muligt at flygte fra alt dette?
Indtil nu har vores rejse til universets ende kun været ledsaget af mørke og deprimerende begivenheder. Men fysikere mister ikke deres optimisme og skitserer mulige måder for menneskeheden at overleve sluttiderne og endda genstarte vores univers.
Den mest lovende måde at undslippe vores univers med maksimal entropi er at bruge sorte huller, indtil fotonenes henfald gør livet umuligt. Sorte huller forbliver meget mystiske objekter, men teoretikere foreslår at bruge dem til at komme ind i nye universer.
Moderne teori antyder, at bobleunivers konstant fødes i vores eget univers og danner nye universer med stof og muligheden for liv. Hawking mener, at sorte huller kan være portene til disse nye universer. Men der er et problem. Når du først krydser grænsen til det sorte hul, er der ingen vej tilbage. Derfor, hvis menneskeheden beslutter at gå til et sort hul, vil det være en envejs tur.
For det første skal du finde et roterende sort hul, der er massivt nok til at overleve turen over begivenhedshorisonten. I modsætning til hvad mange tror er massive sorte huller sikrere at rejse igennem. Fremtidens rumrejsende håber måske, at turen ikke ender dårligt, men de vil ikke være i stand til at kontakte deres venner på denne side af det sorte hul og informere dem om resultatet. Hver tur er et spring i troen.
Men der er en måde at sikre, at et nyt univers venter os på den anden side. Ifølge Alan Guth behøver det nyfødte univers kun 10 (til kraften af 89) protoner, 10 (til styrken af 89) elektroner, 10 (til styrken af 89) positroner, 10 (til styrken af 89) neutrinoer, 10 (til styrken af 89) antineutrinoer, 10 (til kraften af 79) protoner og 10 (til styrken af 79) neutroner til starten. Det kan virke som meget, men i alt er det ikke mere end en mursten.
Fremtidens mennesker kunne generere et falskt vakuum - et område af rummet med potentiale for ekspansion - ved hjælp af et superstærkt tyngdefelt. I en fjern fremtid kunne mennesker have erhvervet teknologien til at skabe et falskt vakuum og starte deres eget univers. Da den oprindelige inflation i universet varer en brøkdel af et sekund, udvides det nye univers med det samme og bliver et nyt hjem for mennesker. Et hurtigt spring gennem ormehullet, og vi er reddet.
Tilfældig kvantetunnel kunne genstarte universet
Hvad vil der ske med det univers, vi efterlod? Efter et stykke tid vil den endelig nå sin maksimale entropi og blive fuldstændig ubeboelig. Men selv i dette døde univers vil livet have en chance. Forskere inden for kvantemekanik er opmærksomme på effekten af kvantetunnel. Dette er, når en subatomær partikel kan komme ind i en energitilstand, der er umulig klassisk.
I klassisk mekanik kan f.eks. Ikke bolden spontant hente og rulle op ad en bakke. Dette er en forbudt energitilstand. Elementære partikler har også forbudte energitilstande fra klassisk mekanikers synspunkt, men kvantemekanik vender alt på hovedet. Nogle partikler kan "tunnel" ind i disse energitilstande.
Denne proces foregår allerede i stjernerne. Men når det anvendes til universets ende, opstår der en mærkelig mulighed. Partikler i klassisk statistisk mekanik kan ikke bevæge sig fra en højere tilstand af entropi til en lavere. Men med kvantetunnel kan og vil de. Fysikerne Sean Carroll og Jennifer Chen har foreslået tanken om, at kvantetunneling efter en vis tid spontant kan reducere entropi i et dødt univers, føre til et nyt Big Bang og genstarte universet. Men hold ikke vejret. For at et spontant fald i entropi skal ske, skal du vente 10 (til kraften 10) ^ (til kraften 10) ^ (til kraften 56) år.
Der er en anden teori, der giver os håb om et nyt univers - denne gang fra matematikere. I 1890 offentliggjorde Henri Poincaré sin gentagelsessætning, ifølge hvilken alle systemer efter utrolig lang tid vender tilbage til en tilstand meget tæt på deres oprindelige tilstand. Dette gælder også for termodynamik, hvor tilfældige termiske udsving i et univers med høj entropi kan få det til at vende tilbage til sin oprindelige tilstand, hvorefter alt starter igen. Tiden vil passere, og universet kan dannes igen, og de skabninger, der vil leve i det, vil ikke have den mindste idé om, at de lever i vores univers.
ILYA KHEL