Nekas nav mūžīgs. Un mūsu Visums, protams, arī nomirs. Baumo, ka tā būs mūžīga paplašināšanās un galu galā nāve no entropijas. Visums paplašinās, un entropija pieaug, un tā turpinās pieaugt, līdz mirs viss, kas mums ir dārgs. Bet tas ir sentiments, un mēs esam cilvēku zinātnieki, tāpēc mēs domājam, kā izskatīsies Visuma beigas? Ko tas pavadīs? Nē, labi, ziņkārīgs.
Naktīs debesīs nepaliks neviena zvaigzne
Pēc 150 miljardiem gadu nakts debesis uz Zemes izskatīsies pavisam citādi. Kad Visums tiecas pēc savas termiskās nāves, telpa izplešas ātrāk nekā gaismas ātrums. Mēs zinām, ka gaismas ātrums ir stingrs ātruma ierobežotājs visiem Visuma objektiem. Bet tas attiecas tikai uz objektiem, kas atrodas kosmosā, nevis uz pašu telpas-laika audumu. Lidojumā ir grūti to saprast, taču telpas laika audums jau paplašinās ātrāk nekā gaismas ātrums. Un nākotnē tas radīs dīvainas sekas.
Tā kā pati telpa paplašinās ātrāk nekā gaisma, pastāv kosmoloģiskais horizonts. Jebkurš objekts, kas pārsniedz šo horizontu, prasīs, lai mēs spētu novērot un reģistrēt datus par to, izmantojot daļiņas, kas pārvietojas ātrāk nekā gaisma. Bet tādu daļiņu nav. Tiklīdz objekti atstāj kosmoloģisko horizontu, tie mums kļūst nepieejami. Jebkurš mēģinājums sazināties vai mijiedarboties ar tālām galaktikām ārpus šī horizonta prasīs no mums tehnoloģiju, kas var pārvietoties ātrāk nekā pati kosmosa paplašināšanās. Pagaidām tikai daži objekti atrodas ārpus mūsu kosmoloģiskā horizonta. Bet, kad tumšā enerģija paātrina paplašināšanos, viss galu galā būs mūsu acīm nepieejams.
Ko tas nozīmē Zemei? Iedomājieties, kā skatāties nakts debesīs pēc 150 miljardiem gadu. Vienīgais, kas būs redzams, ir dažas zvaigznes, kas paliek kosmoloģiskā horizonta robežās. Galu galā viņi arī aizies. Nakts debesis būs pilnīgi skaidras, tāpat kā tabula rasa. Nākotnes astronomi nevarēs pierādīt, ka Visumā ir kāds cits objekts. Visas zvaigznes un galaktikas, kuras mēs tagad redzam, pazudīs. Mums visā Visumā paliks tikai Saules sistēma. Tiesa, maz ticams, ka Zeme to izpildīs, bet vairāk par to zemāk.
Reklāmas video:
Dzīve pēc Saules nāves nepazudīs
Visi zina, ka zvaigznes nav mūžīgas. Viņu dzīves ilgums sākas ar to veidošanos, turpinās visā galvenajā secības fāzē (kas veido lielāko daļu zvaigznes dzīves) un beidzas ar zvaigznes nāvi. Vairumā gadījumu zvaigznes uzbriest dažus simtus reižu vairāk nekā parasti, noslēdzot galveno secības fāzi, un līdz ar to norij visas planētas, kas tām tuvojas.
Tomēr planētām, kas riņķo ap zvaigzni lielos attālumos (ārpus sistēmas "sasalšanas līnijas"), šie jaunie apstākļi faktiski var kļūt pietiekami silti, lai atbalstītu dzīvi. Saskaņā ar Kornela universitātes Karla Sagana institūta nesen veikto pētījumu šī situācija dažās zvaigžņu sistēmās var ilgt miljardiem gadu un izraisīt pilnīgi jaunu ārpuszemes dzīves formu parādīšanos.
Aptuveni 5,4 miljardu gadu laikā mūsu Saule izies no galvenās kārtas fāzes. Izsmēluši ūdeņraža degvielu kodolā, inertā hēlija pelni, kas tur savāksies, kļūs nestabili un sabruks viņu pašu svara ietekmē. Tas novedīs pie tā, ka kodols sakarst un kļūst blīvāks, kas savukārt novedīs pie Saules lieluma palielināšanās - zvaigzne nonāks "sarkano milžu zara" fāzē.
Šis periods sāksies, kad mūsu Saule kļūs par pakļautību un apmēram pusotra miljarda gadu laikā lēnām divkāršosies. Turpmākos pusmiljardu gadus tā paplašināsies straujāk, līdz tā būs 200 reizes lielāka par pašreizējo un vairākus tūkstošus reižu gaišāka. Tad tas oficiāli kļūs par sarkano gigantu un tā diametrs būs aptuveni 2 AU. e. - saule izies ārpus pašreizējās Marsa orbītas.
Acīmredzot Zeme neizdzīvos sarkanā milža parādīšanās Saules sistēmā, piemēram, Merkurs, Venēra vai Marss. Bet aiz sasalšanas līnijas, kur ir pietiekami auksts, lai gaistošie savienojumi - ūdens, amonjaks, metāns, oglekļa dioksīds un oglekļa monoksīds - paliktu sasaluši, atradīsies gāzes milži, ledus milži un rūķu planētas. Un sāksies pilnīgs atkusnis.
Īsāk sakot, kad zvaigzne izplešas, tās "apdzīvojamā zona" darīs to pašu, aptverot Jupitera un Saturna orbītas. Kad tas notiks, iepriekš neapdzīvota vieta, piemēram, Jupitera un Saturna pavadoņi, pēkšņi var kļūt par dzīvojamo. Tas pats attiecas uz daudzām citām Visuma zvaigznēm, kurām, kļūstot vecākām un mirstot, ir paredzēts kļūt par sarkanajiem milžiem.
Kad mūsu Saule sasniegs milzu zara sarkano fāzi, tai būs tikai 120 miljoni gadu aktīvas dzīves. Šis laiks nav pietiekams, lai parādās un attīstās jaunas dzīvības formas, kas spēj kļūt patiesi sarežģītas (piemēram, cilvēkiem un citām zīdītāju sugām). Bet saskaņā ar pētījumu, kas nesen publicēts žurnālā The Astrophysical Journal, dažas planētas, kas atrodas netālu no citiem mūsu Visuma sarkanajiem milžiem, var palikt apdzīvotas daudz ilgāk - dažos gadījumos līdz pat deviņiem miljardiem gadu vai ilgāk.
Lai jūs saprastu, deviņi miljardi gadu ir divreiz lielāks par pašreizējo Zemes vecumu. Pieņemot, ka mūs interesējošajām pasaulēm būs pareizs elementu sastāvs, tām būs pietiekami daudz laika, lai radītu jaunas sarežģītas dzīves formas. Pētījuma galvenā autore, profesore Liza Kaltenegere ir arī Karla Sagana institūta direktore. Viņa zina, kā meklēt dzīvi Visumā:
“Kad zvaigzne kļūst vecāka un spožāka, apdzīvojamā zona virzās uz āru, un jūs būtībā redzat otro planētas sistēmas dzīvi. Pašlaik ārējos reģionos esošie objekti mūsu Saules sistēmā ir sasaluši, piemēram, Europa un Enceladus, Jupitera un Saturna pavadoņi. Pēc tam, kad mūsu dzeltenā Saule izplešas pietiekami, lai kļūtu par sarkanu milzi un pārvērstu Zemi par apdedzinātu tuksnesi, mūsu Saules sistēmā - un arī citās sistēmās - joprojām būs reģioni, kur dzīvība varētu uzplaukt."
Zvaigznei paplašinoties, tā zaudē masu un izstumj to uz āru Saules vēja formā. Planētas, kas riņķo tuvu zvaigznei vai kurām ir zems virsmas smagums, var zaudēt atmosfēru. No otras puses, planētas ar pietiekamu masu (vai atrodas drošā attālumā) var saglabāt šo atmosfēru. Mūsu Saules sistēmas kontekstā tas nozīmē, ka dažu miljardu gadu laikā tādas pasaules kā Europa un Enceladus (kuru dzīve varbūt jau slēpjas zem ledus čaumalām) varētu kļūt par dzīves paradīzi.
Mūsu Saule kļūs par melno punduri
Pašlaik mūsu Visumā ir daudz dažādu zvaigžņu veidu. Sarkanie punduri - vēsi zvaigznes, kas izstaro sarkanu gaismu - ir vieni no visizplatītākajiem. Visumā ir arī daudz balto punduru. Tās ir mirušu zvaigžņu paliekas, kas sastāv no deģenerētām matērijām, kuras satur kvantu efekti. Pašlaik astronomi uzskata, ka balto punduru dzīves ilgums ir gandrīz bezgalīgs. Bet pēc noteikta laika pat viņi nomirs un kļūs par eksotiskām zvaigznēm: melnajiem punduriem.
Šāds liktenis gaida arī mūsu Sauli. Tālā nākotnē mūsu Saule izstumj savus ārējos slāņus un pārvērtīsies par baltu punduru zvaigzni, kas paliks miljardiem gadu. Bet kādu dienu pat baltie punduri sāks atdzist. Pēc 10 (100 jaudas) gadiem tie atdzisīs līdz temperatūrai, kas vienāda ar mikroviļņu fona starojuma temperatūru, dažus grādus virs absolūtās nulles.
Kad tas notiks, mūsu zvaigzne kļūs par melno punduri. Tā kā šāda veida zvaigznes ir tik aukstas, tās cilvēka acīm nebūs redzamas. Ikvienam, kurš mēģina atrast Sauli, kas mums devusi dzīvību, to nav iespējams izdarīt, izmantojot optiskās sistēmas. Viņam tas būs jāmeklē pēc gravitācijas efektiem. Lielākā daļa zvaigžņu, kuras redzam nakts debesīs, kļūs par melnajiem punduriem (vēl viens iemesls, kāpēc nakts debesis kļūs skaidras). Bet mūsu siltajai Saulei tas ir īpaši aizskaroši.
Dīvainas zvaigznes
Laikā, kad mūsu saule kļūst par melno punduri, zvaigžņu evolūcija jau ir pabeigta. Jaunas zvaigznes nepiedzims. Tā vietā Visumu pārpludinās aukstas zvaigžņu paliekas. Un tas ļaus Visumam sākt radīt dīvainas zvaigznes, kas ievērojami atšķiras no mums zināmās.
Viena no tām ir sala vai auksta zvaigzne. Kad Visuma zvaigznes izdedzina savu kodoldegvielu, tās palielina to metāliskumu. Astronomijā tas ir zvaigznes elementu rādītājs, kas ir smagāks par hēliju - praktiski visi elementi, sākot ar litiju. Palielinoties zvaigznes metāliskumam, tie kļūst vēsāki, jo smagāki elementi saplūšanas laikā atbrīvo mazāk enerģijas. Visbeidzot, zvaigznes kļūs tik aukstas, ka tām būs 0 grādu temperatūra, kas ir ūdens sasalšanas temperatūra.
Ja paskatās vēl tālāk nākotnē, būs vēl dīvaināka zvaigzne. Aptuveni pēc 10 (1500 jaudas) gadiem nākotnē entropija būs sava nodeva, un Visums būtībā būs miris. Šajos aukstajos laikos kvantu efekti pārvaldīs Visumu.
Kvantu tunelēšana ļaus sintezēt gaismas elementus nestabilā dzelzs formā. Tas savukārt sadalīsies stabilākā izotopā, kas izstaro nelielu enerģijas daudzumu. Šīs dzelzs zvaigznes būs vienīgā iespējamā zvaigžņu forma šajā laikā. Bet tie ir sastopami tikai modeļos, kuros astronomi netic protonu sabrukšanai, tāpēc šī ideja nav vispopulārākā.
Visi nukleoni sabruks
Pārejam no 10 (pēc 15 gadu spēka) gadiem pēc Lielā sprādziena uz 10 (pēc 34) gadu. Ja līdz tam laikam cilvēku rase nav mirusi, mēs noteikti nepārdzīvosim šo laikmetu. Kā minēts iepriekš, astronomi pastāvīgi strīdas par to, vai protons laika gaitā sabruks. Teiksim jā.
Nukleoni ir daļiņas atoma, protonu un neitronu kodolā. Ir zināms, ka brīvie neitroni sabrūk ar pusperiodu 10 minūtes. Bet protoni ir neticami stabili. Neviens no savas puses nav redzējis protona sabrukšanu. Bet tuvojoties Visuma beigām, viss mainīsies.
Fiziķi pieņem, ka protona pussabrukšanas periods ir 10 (līdz 37). Mēs neesam redzējuši šo sabrukšanu, jo Visums vēl nav pietiekami vecs. Sabrukšanas laikmetā (10 (pēc 34 spēka) - 10 (līdz 40) gadi) protoni beidzot sāks sadalīties positronos un pionos. Sabrukšanas laikmeta beigās visi Visuma protoni un neitroni beigsies.
Acīmredzot dzīve Visumā sāks radīt problēmas. Ja pieņemsim, ka cilvēku rase pārdzīvoja Saules maiņu un pārcēlās uz draudzīgākām Visuma daļām, noteiktā brīdī fizikas likumi sāks diktēt cilvēku rases nāvi. Mūsu ķermeņi un visi starpzvaigžņu objekti ir izgatavoti no nukleoniem. Kad tie sadalās, jebkura dzīve beigsies, jo paši atomi pārstās eksistēt. Dzīve šādos apstākļos (un tādā formā) vairs nevarēs pastāvēt, un Visums ienirs melno caurumu laikmetā.
Melnie caurumi pārpludinās Visumu
Kad nukleoni izzudīs, likumā iestāsies melnie caurumi, kas pārvaldīs Visumu no 10 (līdz 40 gadiem) pēc Lielā sprādziena līdz 10 (līdz 100) gadiem. No šī brīža mēs sākam runāt par tik gariem laikiem, ka ir pilnīgi neiespējami tos saprast ar prātu. Pēc laika, kas ir daudz ilgāks par pašreizējo Visuma vecumu, melnās caurumi paliks vienīgās struktūras.
Kad nukleoni atstās, galvenās subatomiskās daļiņas būs leptoni - elektroni un positroni. Tie veicinās melnos caurumus. Absorbējot matērijas paliekas Visumā, paši melnie caurumi izstaro daļiņas, kas piepildīs Visumu ar fotoniem un hipotētiskiem gravitoniem. Bet melnajiem caurumiem ir lemts mirt, kā nolēma Stīvens Hokings.
Pēc Hokinga teiktā, melnie caurumi to starojuma dēļ iztvaiko. Kad tie izstaro, tie enerģijas veidā zaudē masu. Šis process aizņem daudz laika, tāpēc mēs par to praktiski neko nezinām. Lai pilnībā iztvaikotu melnā caurums, ir nepieciešami 10 (līdz 60 gadiem) gadi, tāpēc mūsu Visuma gadsimtu šis process vēl nav beidzies. Bet, kā mēs teicām, arī melnie caurumi galu galā mirs. No tām paliks tikai bez masas daļiņas un daži izkaisīti leptoni, kas slinki mijiedarbosies un zaudēs enerģiju.
Parādīsies jauna tipa atoms
Tā kā no mūsu Visuma ir palikušas tikai dažas subatomiskās daļiņas, var šķist, ka vairs nav par ko runāt. Bet dzīve var parādīties pat šajā sliktākajā pasaulē.
Daudzus gadus daļiņu pētnieki ir runājuši par pozitroniju, atomu veida saiti starp pozitronu un elektronu. Šīm divām daļiņām ir pretēji lādiņi. (Pozitons ir elektrona antiviela). Tāpēc tie tiks elektromagnētiski piesaistīti. Kad šādu daļiņu pāris sāk mijiedarboties, tiem var būt elementāras orbītas un atomu uzvedība.
Tā kā pozitronijs būs reti, šo pozitronija "ķīmijas" modeli nevar saukt par pilnīgu. Bet no šiem dīvainajiem "atomiem" var iznākt ļoti kuriozas lietas. Pirmkārt, tie var pastāvēt milzu orbītās, kas aptver starpzvaigžņu telpu. Kamēr abas daļiņas mijiedarbojas, tās spēs uzturēt pāri neatkarīgi no attāluma.
Melno caurumu laikmetā dažu šo "atomu" diametrs ir lielāks par mūsu pašreizējo novērojamo Visumu. No leptoniem sastāvoši pozitronija atomi izdzīvos protona sabrukšanas laikā un izies cauri melno caurumu laikmetam. Turklāt melnie caurumi radīs pozitronija atomus radiācijas procesā. Pēc noteikta laika sabruks arī pozitronu-elektronu pāri. Bet pirms tam Visums var radīt pilnīgi neaprakstāmu dzīvi.
Viss palēnināsies, pat pati doma
Kad melno caurumu laikmets beigsies un pat šie zvaigžņu milži pazūd tumsā, mūsu Visumā paliks tikai dažas lietas, galvenokārt izkliedētas subatomiskās daļiņas un atlikušie pozitronija atomi. Pēc tam viss Visumā notiks ārkārtīgi lēni, jebkurš notikums var ilgt mūžus. Pēc dažu teorētisko fiziķu, piemēram, Freemana Daisona domām, dzīve šajā laikā var atkal parādīties Visumā.
Pēc ilgāka, ilga laika organiskā evolūcija var sākt attīstīties no pozitronija. Radības, kas parādīsies, ļoti atšķirsies no visa, ko mēs zinām. Piemēram, tie var būt milzīgi, aptverot starpzvaigžņu attālumus. Tā kā Visumā nekas cits neatliek, viņiem būs kur pagriezties. Bet, tā kā šīs dzīvības formas būs milzīgas, tās domās daudz lēnāk nekā mēs. Patiesībā var paiet triljoni gadu, lai šāds radījums radītu kaut vienu domu.
Mums tas var šķist dīvaini, taču, tā kā šīs radības pastāvēs ar milzīgiem laika intervāliem, šāda doma viņiem būs tūlītēja. Viņi pastāvēs neticami ilgi, vērojot, kā Visums viņiem lido garām. Bet viņi nogrims aizmirstībā.
"Makrofizikas" beigas
Līdz šim laikam Visums sasniegs gandrīz maksimālo entropijas stāvokli, tas ir, tas kļūs par viendabīgu enerģijas lauku un vairākām subatomiskām daļiņām. Tas notiks pēc melno caurumu laikmeta, daudz vēlāk pēc 10 (līdz 100) gadiem. Kosmoss tik ļoti paplašināsies, un tumšā enerģija kļūs tik spēcīga, ka pat melnie caurumi vairs nepastāvēs, un Visums zaudēs masīvus objektus.
Šādu Visumu ir grūti iedomāties. Vienkārši padomājiet par to: zvaigznes pārtrauks veidoties, jo subatomiskās daļiņas, kas veido matēriju, tiks atdalītas ar tādiem attālumiem, ka tās nekādā veidā nevar sastapt, pārvietojoties ar gaismas ātrumu. Pat pozitronija atomi nevar parādīties.
Fizikai pienāks gals. Vienīgais fiziskais modelis, kas turpinās darboties, būs kvantu mehānika. Kvantu efekti radīsies pat milzīgos starpzvaigžņu attālumos gigantiskā laika posmā. Galu galā Visuma temperatūra nokritīsies līdz absolūtai nullei: nebūs enerģijas, ko pārvērst darbā. Dažos modeļos kosmosa paplašināšanās pieaugs, saplīstot telpas laiku. Visums pārstās eksistēt.
Vai ir iespējams izvairīties no tā visa?
Līdz šim mūsu ceļojumu līdz Visuma beigām pavadīja tikai tumši un nomācoši notikumi. Bet fiziķi nezaudē optimismu un ieskicē iespējamos veidus, kā cilvēce varētu izdzīvot beigu laikus un pat restartēt mūsu Visumu.
Daudzsološākais veids, kā izvairīties no mūsu Visuma ar maksimālu entropiju, ir melno caurumu izmantošana, līdz fotonu sabrukšana padara dzīvi neiespējamu. Melnās caurumi joprojām ir ļoti noslēpumaini objekti, taču teorētiķi ierosina tos izmantot, lai iekļūtu jaunos Visumos.
Mūsdienu teorija liecina, ka burbuļu Visumi pastāvīgi dzimst mūsu pašu Visumā, veidojot jaunus Visumus ar matēriju un dzīves iespēju. Hokings uzskata, ka melnie caurumi var būt vārti uz šiem jaunajiem Visumiem. Bet ir viena problēma. Kad esat šķērsojis melnā cauruma robežu, vairs nav iespējams pagriezties atpakaļ. Tāpēc, ja cilvēce nolems doties uz melno caurumu, tas būs ceļojums vienā virzienā.
Pirmkārt, jums jāatrod pietiekami masīvs vērpjošais melnais caurums, lai izdzīvotu braucienā pāri notikuma apvāršņam. Pretēji izplatītajam uzskatam, masveida melnie caurumi ir drošāki. Nākotnes kosmosa ceļotāji var cerēt, ka ceļojums nebeigsies slikti, taču viņi nevarēs sazināties ar draugiem šajā melnās bedres pusē un informēt viņus par rezultātu. Katrs brauciens būs ticības lēciens.
Bet ir veids, kā pārliecināties, ka otrā pusē mūs gaida jauns Visums. Pēc Alana Guta domām, jaundzimušajam Visumam ir nepieciešami tikai 10 (pēc 89 spēka) protoni, 10 (līdz 89 spēkiem) elektroni, 10 (līdz 89 spēkiem) pozitroni, 10 (līdz 89 spēkiem) neitrīni, 10 (89 spēkam) antineitrīni, 10 (79 jaudai) protonu un 10 (79 jaudai) neitronu startam. Tas var šķist daudz, bet kopumā tas ir ne vairāk kā ķieģelis.
Nākotnes cilvēki, izmantojot īpaši spēcīgu gravitācijas lauku, varētu radīt nepatiesu vakuumu - kosmosa reģionu ar izplešanās iespējām. Tālā nākotnē cilvēki varētu iegūt tehnoloģiju, lai izveidotu viltus vakuumu un izveidotu savu Visumu. Tā kā sākotnējā Visuma uzpūšanās ilgst sekundes daļu, jaunais Visums uzreiz paplašināsies un kļūs par jaunām mājām cilvēkiem. Ātra lēciena caur tārpa caurumu, un mēs esam izglābti.
Nejauša kvantu tunelēšana varētu atsākt Visumu
Kas notiks ar Visumu, kuru mēs atstājām aiz muguras? Pēc kāda laika tas beidzot sasniegs maksimālo entropiju un kļūs pilnīgi neapdzīvojams. Bet pat šajā mirušajā Visumā dzīvībai būs iespējas. Kvantu mehānikas pētnieki apzinās kvantu tunelēšanas ietekmi. Tas ir, kad subatomiskā daļiņa var nonākt enerģijas stāvoklī, kas klasiski nav iespējams.
Piemēram, klasiskajā mehānikā bumba nevar spontāni uzņemt un ripot kalnā. Tas ir aizliegts enerģijas stāvoklis. Arī elementārdaļiņām ir aizliegti enerģijas stāvokļi no klasiskās mehānikas viedokļa, bet kvantu mehānika visu apgriež otrādi. Dažas daļiņas var "tunelēt" šajos enerģijas stāvokļos.
Šis process jau notiek zvaigznēs. Bet, piemērojot to Visuma beigām, rodas dīvaina iespēja. Daļiņas klasiskajā statistikas mehānikā nevar pāriet no augstāka entropijas stāvokļa uz zemāku. Bet ar kvantu tuneļiem viņi var un gribēs. Fiziķi Šons Kerols un Dženifera Čena ir ierosinājuši ideju, ka pēc noteikta laika kvantu tuneļi var spontāni samazināt entropiju mirušā Visumā, novest pie jauna Lielā sprādziena un atsākt Visumu. Bet neaizturiet elpu. Lai spontāns entropijas samazinājums notiktu, jums jāgaida 10 (līdz 10) ^ (līdz 10) ^ (līdz 56) gadiem.
Ir vēl viena teorija, kas mums dod cerību uz jaunu Visumu - šoreiz no matemātiķiem. 1890. gadā Anrī Poinkarē publicēja savu atkārtošanās teorēmu, saskaņā ar kuru pēc neticami ilga laika visas sistēmas atgriežas stāvoklī, kas ir ļoti tuvu sākotnējam stāvoklim. Tas attiecas arī uz termodinamiku, kurā nejaušas termiskās svārstības Visumā ar augstu entropiju var izraisīt tā atgriešanos sākotnējā stāvoklī, pēc kura viss sāksies no jauna. Paies laiks, un Visums var atkal veidoties, un radījumiem, kas tajā dzīvos, nebūs ne mazākās nojausmas, ka viņi dzīvo mūsu Visumā.
ILYA KHEL