Niekas nėra amžinas. Mūsų visata, žinoma, taip pat mirs. Sklinda gandai, kad tai bus amžina plėtra ir galiausiai mirtis nuo entropijos. Visata plečiasi, entropija auga ir didės tol, kol mirs viskas, kas mums brangu. Bet tai yra jausmas, o mes esame žmonių mokslininkai, todėl įdomu, kaip atrodys visatos pabaiga? Ką tai lydės? Ne, gerai, smalsu.
Naktiniame danguje žvaigždžių neliks
Po 150 milijardų metų naktinis dangus Žemėje atrodys labai skirtingai. Kai Visata siekia savo terminės mirties, kosmosas plečiasi greičiau nei šviesos greitis. Mes žinome, kad šviesos greitis yra griežtas greičio ribotuvas visiems Visatos objektams. Bet tai taikoma tik daiktams, kurie yra erdvėje, o ne pačiam erdvės-laiko audiniui. Skrydžio metu sunku tai suprasti, tačiau erdvėlaikio audinys jau plečiasi greičiau nei šviesos greitis. Ir ateityje tai sukels keistų pasekmių.
Kadangi pati erdvė plečiasi greičiau nei šviesa, yra kosmologinis horizontas. Bet koks objektas, išeinantis už šio horizonto, pareikalaus, kad galėtume stebėti ir įrašyti duomenis apie jį naudodami daleles, kurios sklinda greičiau nei šviesa. Bet tokių dalelių nėra. Kai tik daiktai palieka kosmologinį horizontą, jie tampa mums nepasiekiami. Bet koks bandymas susisiekti ar bendrauti su tolimomis galaktikomis už šio horizonto reikalauja iš mūsų technologijos, kuri gali judėti greičiau nei pati kosmoso plėtra. Kol kas tik keli objektai yra už mūsų kosmologinio horizonto. Tačiau kai tamsi energija pagreitina plėtrą, viskas galų gale bus mums nepasiekiama.
Ką tai reiškia Žemei? Įsivaizduokite, kad žvelgiate į naktinį dangų po 150 milijardų metų. Vienintelis dalykas, kurį bus galima pamatyti, yra kelios žvaigždės, kurios lieka kosmologiniame horizonte. Galų gale jie taip pat išeis. Naktinis dangus bus visiškai giedras, kaip tabula rasa. Ateities astronomai negalės įrodyti, kad visatoje yra dar koks nors objektas. Dings visos žvaigždės ir galaktikos, kurias dabar matome. Mums visoje Visatoje liks tik Saulės sistema. Tiesa, vargu ar Žemė to pateisins, bet daugiau apie tai žemiau.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Gyvenimas po Saulės mirties neišnyks
Visi žino, kad žvaigždės nėra amžinos. Jų gyvenimo trukmė prasideda nuo jų formavimosi, tęsiasi visą pagrindinę sekos fazę (kuri užima didžiąją dalį žvaigždės gyvenimo) ir baigiasi žvaigždės mirtimi. Daugeliu atvejų žvaigždės išsipučia iki kelių šimtų kartų daugiau nei įprastai, baigdamos pagrindinę sekos fazę, ir tuo praryja visas arti jų esančias planetas.
Tačiau planetoms, skriejančioms aplink žvaigždę dideliais atstumais (už sistemos „užšalimo linijos“ribų), šios naujos sąlygos iš tikrųjų gali tapti pakankamai šiltos, kad palaikytų gyvybę. Remiantis neseniai atliktu Kornelio universiteto Karlo Sagano instituto tyrimu, ši situacija kai kuriose žvaigždžių sistemose gali trukti milijardus metų ir sukelti visiškai naujų nežemiško gyvenimo formų atsiradimą.
Maždaug po 5,4 milijardo metų mūsų Saulė išeis iš pagrindinės sekos fazės. Išnaudoję šerdyje esantį vandenilio kurą, inertinio helio pelenai, kurie ten kaupsis, taps nestabilūs ir subyrės veikiami jų pačių svorio. Tai paskatins tai, kad šerdis įkais ir taps tankesnė, o tai, savo ruožtu, padidins Saulės dydį - žvaigždė pateks į „raudonųjų milžinų šakos“fazę.
Šis laikotarpis prasidės, kai mūsų Saulė taps subgiganu ir lėtai padvigubės maždaug per pusantro milijardo metų. Ateinančius pusę milijardo metų jis plėsis sparčiau, kol bus 200 kartų didesnis už dabartinį dydį ir kelis tūkstančius kartų ryškesnis. Tada jis oficialiai taps raudonuoju milžinu, o jo skersmuo bus maždaug 2 AU. e. - Saulė išeis už dabartinės Marso orbitos.
Akivaizdu, kad Žemė neišgyvens raudonos milžinės pasirodymo Saulės sistemoje, pavyzdžiui, Merkurijaus, Veneros ar Marso. Tačiau užšalimo linijoje, kur yra pakankamai šalta, kad lakieji junginiai - vanduo, amoniakas, metanas, anglies dioksidas ir anglies monoksidas - liktų užšalę, bus dujų milžinai, ledo milžinai ir nykštukinės planetos. Ir prasidės visiškas atšilimas.
Trumpai tariant, išsiplėtus žvaigždei, tą patį padarys ir jos „gyvenamoji zona“, apimanti Jupiterio ir Saturno orbitas. Kai taip nutiks, anksčiau negyvenama vieta, pavyzdžiui, Jupiterio ir Saturno mėnuliai, gali staiga tapti gyvenama. Tas pats pasakytina ir apie daugelį kitų Visatos žvaigždžių, kurioms augant ir mirštant lemta tapti raudonaisiais milžinais.
Kai mūsų Saulė pasieks milžiniškos šakos raudonąją fazę, ji turės tik 120 milijonų metų aktyvaus gyvenimo. Šio laiko nepakanka, kad atsirastų ir vystytųsi naujos gyvybės formos, kurios gali tapti tikrai sudėtingos (kaip ir žmonės bei kitos žinduolių rūšys). Tačiau remiantis neseniai „The Astrophysical Journal“paskelbtu tyrimu, kai kurios planetos, esančios šalia kitų mūsų visatos raudonųjų milžinų, gali likti apgyvendintos daug ilgiau - kai kuriais atvejais iki devynių milijardų metų ar daugiau.
Kad suprastumėte, devyni milijardai metų yra dvigubai didesnis nei dabartinis Žemės amžius. Darant prielaidą, kad mus dominantys pasauliai sudarys tinkamą elementų sudėtį, jie turės pakankamai laiko sukurti naujas sudėtingas gyvenimo formas. Tyrimo pagrindinė autorė profesorė Lisa Kaltenneger taip pat yra Carl Sagan instituto direktorė. Ji iš pirmų lūpų žino, kaip ieškoti gyvenimo Visatoje:
„Žvaigždei augant ir ryškėjant, gyvenamoji zona juda į išorę ir jūs iš esmės matote antrą planetos sistemos gyvenimą. Šiuo metu išoriniuose regionuose esantys objektai yra užšalę mūsų Saulės sistemoje, tokie kaip Europa ir Enceladas, Jupiterio ir Saturno mėnuliai. Po to, kai mūsų geltona Saulė išsiplės tiek, kad taptų raudona milžine ir paverstų Žemę deginta dykuma, mūsų Saulės sistemoje - ir kitose sistemose - vis tiek bus regionų, kuriuose gyvybė galėtų klestėti “.
Plečiantis žvaigždei, ji praranda masę ir stumia ją į išorę saulės vėjo pavidalu. Planetos, skriejančios netoli žvaigždės arba turinčios mažą paviršiaus sunkumą, gali prarasti atmosferą. Kita vertus, planetos, turinčios pakankamą masę (arba esančios saugiu atstumu), gali išsaugoti šią atmosferą. Mūsų Saulės sistemos kontekste tai reiškia, kad po kelių milijardų metų tokie pasauliai kaip Europa ir Enceladus (kurių gyvybė galbūt jau slepiasi po ledo kriauklėmis) gali tapti gyvenimo rojumi.
Mūsų Saulė taps juoda nykštukė
Šiuo metu mūsų visatoje yra daugybė skirtingų žvaigždžių tipų. Raudoni nykštukai - vėsios žvaigždės, skleidžiančios raudoną šviesą - yra vienos iš labiausiai paplitusių. Visatoje taip pat yra daug baltųjų nykštukų. Tai žvaigždės mirusių žvaigždžių liekanos, susidedančios iš išsigimusios medžiagos, kurią kartu laiko kvantiniai efektai. Šiuo metu astronomai mano, kad baltųjų nykštukų gyvenimo trukmė yra beveik begalinė. Tačiau po tam tikro laiko net jie mirs ir taps egzotinėmis žvaigždėmis: juodaisiais nykštukais.
Toks likimas laukia ir mūsų Saulės. Tolimoje ateityje mūsų Saulė išstums išorinius sluoksnius ir virs balta nykštukine žvaigžde, kuri išliks milijardus metų. Tačiau vieną dieną net balti nykštukai pradės vėsti. Po 10 (100 galių) metų jie atvės iki temperatūros, lygios mikrobangų foninės spinduliuotės temperatūrai, keliais laipsniais virš absoliučio nulio.
Kai tai nutiks, mūsų žvaigždė taps juoda nykštukė. Kadangi šio tipo žvaigždės yra tokios šaltos, jos bus nematomos žmogaus akiai. Kiekvienam, kuris bando rasti Saulę, kuri suteikė mums gyvybę, to padaryti neįmanoma naudojant optines sistemas. Jam teks jo ieškoti pagal gravitacinius efektus. Dauguma žvaigždžių, kurias matome naktiniame danguje, taps juodaisiais nykštukais (dar viena priežastis, kodėl naktinis dangus paaiškės). Bet šilta mūsų Saulė tai ypač įžeidžianti.
Keistos žvaigždės
Kol mūsų Saulė taps juoda nykštukė, žvaigždžių evoliucija jau bus baigta. Naujos žvaigždės negims. Vietoj to, visatą užlies šaltų žvaigždžių liekanos. Ir tai leis Visatai pradėti kurti keistas žvaigždes, kurios žymiai skiriasi nuo to, ką mes žinome.
Viena iš jų yra šalta arba šalta žvaigždė. Kai visatos žvaigždės sudegina branduolinį kurą, jos padidina metalizmą. Astronomijoje tai žvaigždės elementų, sunkesnių už helį, matas - praktiškai visi elementai, pradedant ličiu. Didėjant žvaigždės metalizmui, jie tampa šaltesni, nes sunkesni elementai susiliejimo metu išskiria mažiau energijos. Pagaliau žvaigždės taps tokios šaltos, kad jose bus 0 laipsnių temperatūra - vandens užšalimo temperatūra.
Jei pažvelgsite dar labiau į ateitį, bus dar keista žvaigždė. Maždaug po 10 (iki 1500 galių) metų ateityje entropija pasiseks ir visata iš esmės bus mirusi. Šiais šaltais laikais kvantiniai efektai valdys visatą.
Kvantinis tunelis leis šviesos elementus susintetinti į nestabilią geležies formą. Savo ruožtu jis suirs stabilesniu izotopu, išskiriančiu nedidelį energijos kiekį. Šios geležinės žvaigždės bus vienintelė galima žvaigždžių forma šiuo metu. Bet jų yra tik modeliuose, kuriuose astronomai netiki protonų irimu, todėl ši idėja nėra pati populiariausia.
Visi nukleonai suirs
Pereikime iš 10 (15 galios) metų po Didžiojo sprogimo taško į 10 (34 galios) metų tašką. Jei iki to laiko žmonių giminė nėra mirusi, mes tikrai neišgyvensime šios eros. Kaip minėta pirmiau, astronomai nuolat ginčijasi, ar protonas suirs iki laiko pabaigos. Sakykime taip.
Nukleonai yra dalelės atomo, protonų ir neutronų branduolyje. Yra žinoma, kad laisvieji neutronai skyla, jų pusinės eliminacijos laikas yra 10 minučių. Tačiau protonai yra nepaprastai stabilūs. Niekas nematė protono irimo. Tačiau visatos pabaigoje viskas pasikeis.
Fizikai daro prielaidą, kad protono pusinės eliminacijos laikas yra 10 (37 galiai). Mes nematėme šio nykimo, nes visata dar nėra pakankamai sena. Skilimo epochoje (10 (34 galiai) - 10 (40 galiai) metų protonai pagaliau pradės irti į positronus ir pionus. Skilimo epochos pabaigoje visi Visatos protonai ir neutronai išseks.
Akivaizdu, kad gyvenimas Visatoje pradės kilti problemų. Jei manysime, kad žmonių rasė išgyveno Saulės pasikeitimą ir persikėlė į draugiškesnes Visatos dalis, tam tikru momentu fizikos dėsniai pradės diktuoti žmonių giminės mirtį. Mūsų kūnai ir visi tarpžvaigždiniai objektai yra pagaminti iš nukleonų. Jiems suirus, bet koks gyvenimas baigsis, nes patys atomai nustos egzistuoti. Gyvenimas negalės toliau egzistuoti tokiomis sąlygomis (ir tokia forma), o Visata pasiners į juodųjų skylių erą.
Juodosios skylės užtvindys visatą
Kai nukleonai išnyks, juodosios skylės įeis į įstatymą ir valdys Visatą nuo 10 (iki 40 galių) metų po Didžiojo sprogimo iki 10 (iki 100) metų. Nuo šios akimirkos pradedame kalbėti apie tokius ilgus laikus, kad visiškai neįmanoma jų suprasti protu. Po daug ilgesnio laiko nei dabartinis visatos amžius, juodosios skylės išliks vienintelės struktūros.
Kai nukleonų nebeliks, pagrindinės subatominės dalelės bus leptonai - elektronai ir pozitronai. Jie kurstys juodąsias skyles. Absorbuodamos materijos likučius Visatoje, pačios juodosios skylės išskirs daleles, kurios užpildys Visatą fotonais ir hipotetiniais gravitonais. Tačiau juodosioms skylėms lemta žūti, kaip nusprendė Stephenas Hawkingas.
Pasak Hawkingo, juodosios skylės išgaruoja dėl jų radiacijos. Spinduliuodami jie praranda masę energijos pavidalu. Šis procesas trunka ilgai, todėl praktiškai nieko apie tai nežinome. Kad juodoji skylė visiškai išgaruotų, reikia 10 (iki 60 galių) metų, todėl šis procesas dar nebuvo tęsiamas iki pabaigos mūsų Visatoje. Bet, kaip sakėme, ilgainiui taip pat mirs juodosios skylės. Iš jų liks tik be masės dalelės ir keli išsibarstę leptonai, kurie tingiai sąveikaus ir praras energiją.
Pasirodys naujo tipo atomas
Mūsų visatoje liko tik kelios subatominės dalelės, gali atrodyti, kad nėra apie ką daugiau kalbėti. Tačiau gyvenimas gali pasirodyti ir šiame blogiausiame pasaulyje.
Daugelį metų dalelių tyrinėtojai kalbėjo apie pozitronį - į atomą panašų ryšį tarp pozitrono ir elektrono. Šios dvi dalelės turi priešingus krūvius. (Pozitronas yra elektrono dalelė). Todėl jie bus pritraukti elektromagnetiniu būdu. Kai tokių dalelių pora pradeda sąveikauti, joms gali būti elementarios orbitos ir atominis elgesys.
Kadangi pozitroniumas bus retas, šio pozitronio „chemijos“modelio negalima vadinti užbaigtu. Tačiau iš šių keistų „atomų“gali atsirasti labai įdomių dalykų. Pirma, jie gali egzistuoti milžiniškose orbitose, apimančiose tarpžvaigždinę erdvę. Kol sąveikaus dvi dalelės, jos galės išlaikyti porą, nepaisant atstumo.
Juodųjų skylių eroje kai kurių iš šių „atomų“skersmuo bus didesnis nei dabartinė mūsų stebima visata. Iš leptonų susidarę pozitronio atomai išgyvena protono irimą ir praeina juodųjų skylių erą. Be to, juodosios skylės radiacijos metu sukurs pozitronio atomus. Praėjus tam tikram laikui, ir pozitronų-elektronų poros suirs. Tačiau prieš tai Visata gali pagimdyti visiškai neapsakomą gyvenimą.
Viskas sulėtės, net pati mintis
Kai juodųjų skylių era baigsis ir net šie žvaigždžių milžinai išnyks tamsoje, mūsų visatoje liks tik keli dalykai, daugiausia difuzinės subatominės dalelės ir likę pozitronio atomai. Po to viskas Visatoje vyks itin lėtai, bet kuris įvykis gali trukti eonas. Kai kurių teorinių fizikų, pavyzdžiui, Freemano Dysono, teigimu, šiuo metu Visatoje gyvenimas gali vėl atsirasti.
Po ilgo, ilgo laiko organinė evoliucija gali pradėti vystytis iš pozitronio. Pasirodys būtybės labai skirsis nuo mūsų žinomų dalykų. Pavyzdžiui, jie gali būti didžiuliai, apimantys tarpžvaigždinius atstumus. Kadangi visatoje nebėra nieko kito, jie turės kur apsisukti. Bet kadangi šios gyvybės formos bus didžiulės, jos mąstys daug lėčiau nei mes. Tiesą sakant, gali prireikti trilijonų metų, kad tokia būtybė sukurtų nors vieną mintį.
Mums tai gali pasirodyti keista, bet kadangi šios būtybės gyvuos didžiuliais laiko intervalais, tokia mintis jiems bus akimirksniu. Jie gyvuos nepaprastai ilgai, stebėdami, kaip Visata praskrieja pro juos. Bet jie paskęs užmarštin.
„Makrofizikos“pabaiga
Iki to laiko Visata pasieks beveik maksimalią entropijos būseną, tai yra taps homogenišku energijos lauku ir keliomis subatominėmis dalelėmis. Tai bus po juodųjų skylių eros, daug vėliau po 10 (100 galių) metų. Kosmosas taip išsiplės, o tamsi energija taps tokia galinga, kad net juodosios skylės nustos egzistuoti, o visata praras didžiulius objektus.
Sunku įsivaizduoti tokią visatą. Tik pagalvok: žvaigždės nustos formuotis, nes materiją sudarančios subatominės dalelės bus atskirtos tokiais atstumais, kad jos niekaip negalėtų susitikti, važiuodamos šviesos greičiu. Net pozitronio atomai negali atsirasti.
Fizika baigsis. Vienintelis fizinis modelis, kuris veiks toliau, bus kvantinė mechanika. Kvantiniai efektai atsiras net ir didžiuliais tarpžvaigždiniais atstumais gigantišku laikotarpiu. Galų gale Visatos temperatūra nukris iki absoliutaus nulio: neliks energijos, kurią paversti darbu. Kai kuriuose modeliuose erdvės plėtimasis augs, išardydamas erdvėlaikį. Visata nustos egzistuoti.
Ar įmanoma nuo viso to pabėgti?
Iki šiol mūsų kelionę iki visatos pabaigos lydėjo tik tamsūs ir slegiantys įvykiai. Tačiau fizikai nepraranda optimizmo ir pateikia galimus žmonijos būdus išgyventi pabaigos laikus ir net paleisti mūsų visatą.
Perspektyviausias būdas pabėgti iš mūsų visatos su maksimalia entropija yra juodųjų skylių naudojimas tol, kol fotonų irimas padaro gyvenimą neįmanomu. Juodosios skylės tebėra labai paslaptingi objektai, tačiau teoretikai siūlo jas panaudoti patekti į naujas visatas.
Šiuolaikinė teorija rodo, kad burbulinės visatos nuolat gimsta mūsų pačių visatoje, formuojančios naujas visatas su materija ir gyvenimo galimybe. Hawkingas mano, kad juodosios skylės gali būti vartai į šias naujas visatas. Tačiau yra viena problema. Peržengus juodosios skylės sieną, kelio atgal nebebus. Todėl, jei žmonija nuspręs patekti į juodąją skylę, tai bus kelionė į vieną pusę.
Pirmiausia turite rasti pakankamai masyvią besisukančią juodąją skylę, kad išgyventumėte kelionę renginio horizonte. Priešingai populiariems įsitikinimams, masyvios juodosios skylės yra saugesnės. Ateities kosmoso keliautojai gali tikėtis, kad kelionė nesibaigs blogai, tačiau jie negalės susisiekti su savo draugais šioje juodosios skylės pusėje ir pranešti jiems apie rezultatą. Kiekvienas pasivažinėjimas bus tikėjimo šuolis.
Tačiau yra būdas įsitikinti, kad kita visata mūsų laukia kitoje pusėje. Pasak Alano Gutho, naujagimiui reikia tik 10 (iki 89 galių) protonų, 10 (iki 89 galios) elektronų, 10 (89 galios) pozitronų, 10 (89 galios) neutrinų, 10 (89 galios) antineutrinų, 10 (79 galiai) protonų ir 10 (79 galiai) neutronų startui. Tai gali atrodyti daug, bet iš viso tai ne daugiau kaip plyta.
Ateities žmonės, naudodami itin stiprų gravitacinį lauką, galėtų sukurti klaidingą vakuumą - erdvės sritį su galimybe plėstis. Tolimoje ateityje žmonės galėtų pasinaudoti technologijomis, kad sukurtumėte klaidingą vakuumą ir sukurtų savo visatą. Kadangi pradinė visatos pripūtimas trunka sekundės dalį, naujoji visata akimirksniu išsiplės ir taps naujais žmonių namais. Greitas šuolis per kirmino skylę ir mes išgelbėti.
Atsitiktinis kvantinis tunelis gali paleisti visatą iš naujo
Kas nutiks visatai, kurią palikome? Po kurio laiko jis pagaliau pasieks maksimalią entropiją ir taps visiškai netinkamas gyventi. Tačiau net ir šioje negyvoje visatoje gyvenimas turės galimybę. Kvantinės mechanikos tyrinėtojai žino apie kvantinio tunelio poveikį. Būtent tada subatominė dalelė gali patekti į energijos būseną, kurios klasiškai neįmanoma.
Pavyzdžiui, klasikinėje mechanikoje rutulys negali spontaniškai pakelti ir nuristi kalvą. Tai yra draudžiama energetinė būsena. Elementariosios dalelės taip pat turi draudžiamas energijos būsenas klasikinės mechanikos požiūriu, tačiau kvantinė mechanika viską apverčia aukštyn kojomis. Kai kurios dalelės gali „tunelėti“į šias energijos būsenas.
Šis procesas jau vyksta žvaigždėse. Tačiau pritaikius visatos pabaigą, atsiranda keista galimybė. Klasikinės statistikos mechanikos dalelės negali pereiti iš aukštesnės entropijos būsenos į žemesnę. Bet taikydami kvantinį tunelį jie gali ir norės. Fizikai Seanas Carrollas ir Jennifer Chen pasiūlė idėją, kad po tam tikro laiko kvantinis tunelis galėtų spontaniškai sumažinti entropiją mirusioje visatoje, sukelti naują Didįjį sprogimą ir paleisti visatą iš naujo. Tačiau nesulaikykite kvėpavimo. Kad spontaniškai sumažėtų entropija, reikia laukti 10 (iki 10 galios) ^ (iki 10 galios) ^ (iki 56) metų.
Yra dar viena teorija, suteikianti vilties naujai visatai - šį kartą iš matematikų. 1890 m. Henri Poincaré paskelbė savo pasikartojimo teoremą, pagal kurią po neįtikėtinai ilgo laiko visos sistemos grįžta į būseną, labai artimą pradinei būklei. Tai taip pat taikoma termodinamikai, kai atsitiktiniai visatos, turinčios didelę entropiją, šiluminiai svyravimai gali priversti ją grįžti į pradinę būseną, po kurios viskas vėl prasidės. Praeis laikas, ir visata gali vėl susiformuoti, o joje gyvensiantys tvariniai neturės nė menkiausio supratimo, kad gyvena mūsų visatoje.
ILYA KHEL