Miski pole igavene. Ja meie universum muidugi ka sureb. Kuuldavasti on see igavene avardumine ja lõpuks surm entroopia tõttu. Universum laieneb ja entroopia kasvab ja kasvab edasi, kuni kõik, mis meile kalliks on, sureb. Kuid see on sentiment ja me oleme inimteadlased, nii et me mõtleme, kuidas universumi lõpp välja näeb? Mis sellega kaasneb? Ei, noh, uudishimulik.
Öösel taevas ei jää ühtegi tähte
150 miljardi aasta pärast näeb öine taevas Maal hoopis teistsugune välja. Kui universum püüab oma termilise surma poole, laieneb ruum kiiremini kui valguse kiirus. Me teame, et valguse kiirus on kõigi universumi objektide jäik piiraja. Kuid see kehtib ainult objektide kohta, mis asuvad ruumis, mitte aegruumi enda kangast. Lennult on seda raske mõista, kuid aegruumi kangas paisub juba kiiremini kui valguse kiirus. Ja tulevikus kaasnevad sellega kummalised tagajärjed.
Kuna kosmos ise laieneb kiiremini kui valgus, on olemas kosmoloogiline silmapiir. Iga objekt, mis ületab selle horisondi, nõuab, et me saaksime selle kohta andmeid jälgida ja salvestada, kasutades kiiremini liikuvaid osakesi. Kuid selliseid osakesi pole. Niipea, kui objektid lahkuvad kosmoloogilisest silmapiirist, muutuvad nad meile ligipääsmatuks. Iga katse kontakti saada või suhelda kaugete galaktikatega väljaspool seda silmapiiri nõuab meilt tehnoloogiat, mis suudaks liikuda kiiremini kui ruumi laienemine. Siiani on meie kosmoloogilisest silmapiirist väljas vaid mõned üksikud objektid. Kuid kui tume energia kiirendab laienemist, jääb kõik lõpuks meie silmadele kättesaamatuks.
Mida see Maa jaoks tähendab? Kujutage ette, et vaatate 150 miljardi aasta pärast öötaevasse. Ainus asi, mida näha saab, on mõned tähed, mis jäävad kosmoloogilisse horisondi. Lõpuks lähevad nad ka ära. Öine taevas on täiesti selge, nagu tabula rasa. Tuleviku astronoomid ei suuda tõestada, et universumis on veel mõnda objekti. Kõik tähed ja galaktikad, mida praegu näeme, kaovad. Meie jaoks jääb kogu Universumisse ainult Päikesesüsteem. Tõsi, tõenäoliselt ei vasta Maa sellele, kuid rohkem sellest allpool.
Reklaamvideo:
Elu pärast Päikese surma ei kao
Kõik teavad, et tähed ei kesta igavesti. Nende eluiga algab nende moodustumisest, jätkub kogu peajadafaasis (mis moodustab suurema osa tähe elust) ja lõpeb tähe surmaga. Enamasti paisuvad tähed paarsada korda suuremaks kui nende normaalsuurus, lõpetades põhijärjestuse faasi ja neelavad sellega alla kõik neile lähedased planeedid.
Planeetide puhul, mis tiirlevad tähe ümber suurel kaugusel (väljaspool süsteemi "külmumisjooni"), võivad need uued tingimused elu toetamiseks tegelikult piisavalt soojaks muutuda. Cornelli ülikooli Carl Sagani instituudi hiljutise uuringu kohaselt võib see olukord mõnes tähesüsteemis kesta miljardeid aastaid ja viia maavälise elu täiesti uute vormide tekkimiseni.
Umbes 5,4 miljardi aasta pärast väljub meie Päike põhijärjestuse faasist. Pärast südamikus sisalduva vesinikkütuse ammendumist muutub sinna koguneva inertse heeliumi tuhk nende enda kaalu mõjul ebastabiilseks ja variseb kokku. See toob kaasa asjaolu, et südamik soojeneb ja muutub tihedamaks, mis omakorda viib Päikese suuruse suurenemiseni - täht siseneb "punaste hiiglaste haru" faasi.
See periood algab siis, kui meie Päike muutub alamgigandiks ja kahekordistub umbes pooleteise miljardi aasta jooksul. See laieneb järgmise poole miljardi aasta jooksul kiiremini, kuni on 200 korda suurem kui praegune ja mitu tuhat korda heledam. Siis saab temast ametlikult punane hiiglane ja selle läbimõõt on umbes 2 AU. e. - Päike ületab Marsi praeguse orbiidi.
Ilmselgelt ei ela Maa päikesesüsteemis punase hiiglase, näiteks Merkuuri, Veenuse või Marssi, ilmnemist. Kuid väljaspool külmumisjoont, kus on piisavalt külm, et lenduvad ühendid - vesi, ammoniaak, metaan, süsinikdioksiid ja süsinikmonooksiid - jääksid, jäävad gaasigigandid, jäähiiglased ja kääbusplaneedid. Ja algab täielik sula.
Lühidalt, kui täht paisub, teeb seda ka tema "elamiskõlblik tsoon", mis ulatub Jupiteri ja Saturni orbiitidest. Kui see juhtub, võib varem asustamata paik - nagu Jupiteri ja Saturni kuud - muutuda ootamatult elamuks. Sama kehtib paljude teiste universumi tähtede kohta, kelle eesmärk on vananedes ja surres saada punasteks hiiglasteks.
Kui meie Päike jõuab hiiglasliku haru punasesse faasi, on tal aktiivne elu ainult 120 miljonit aastat. Sellest ajast ei piisa uute eluvormide ilmumiseks ja arenemiseks, mis võivad muutuda tõeliselt keerukaks (nagu inimesed ja muud imetajaliigid). Kuid hiljuti ajakirjas The Astrophysical Journal avaldatud uuringu kohaselt võivad mõned meie universumi teiste punaste hiiglaste läheduses olevad planeedid asustatud olla palju kauem - mõnel juhul kuni üheksa miljardit aastat või kauemgi.
Teie mõistmiseks on üheksa miljardit aastat kaks korda suurem kui Maa praegune vanus. Eeldades, et meid huvitavatel maailmadel on õige elementide koostis, on neil piisavalt aega uute keerukate eluvormide tekitamiseks. Uuringu juhtiv autor, professor Lisa Kaltenneger, on ka Carl Sagani instituudi direktor. Ta teab omast käest, kuidas universumist elu otsida:
„Kui täht vananeb ja heledamaks muutub, liigub elamiskõlblik tsoon väljapoole ja te näete sisuliselt teist elu planeedisüsteemil. Praegu on meie päikesesüsteemis külmunud väliste piirkondade objektid, nagu Jupiteri ja Saturni kuud, Europa ja Enceladus. Pärast seda, kui meie kollane päike paisub piisavalt, et saada punaseks hiiglaseks ja muuta Maa kõrbenud kõrbeks, on meie päikesesüsteemis - ja ka teistes süsteemides - endiselt piirkondi, kus elu võiks õitseda."
Tähe laienedes kaotab ta massi ja surub selle päikesetuule kujul väljapoole. Planeetid, mis tiirlevad tähe lähedal või millel on madal pinna gravitatsioon, võivad oma atmosfääri kaotada. Teisalt suudavad piisava massiga (või turvalisel kaugusel asuvad) planeedid seda atmosfääri säilitada. Meie päikesesüsteemi kontekstis tähendab see seda, et mõne miljardi aasta pärast võivad sellised maailmad nagu Europa ja Enceladus (millel võib-olla on juba elu varitsenud elu jääkarpide all) saada elu paradiisiks.
Meie Päikesest saab must kääbus
Praegu on meie universumis palju erinevaid tähti. Punased kääbused - lahedad tähed, mis kiirgavad punast valgust - on kõige tavalisemad. Universumis on ka palju valgeid kääbuseid. Need on surnud tähtede tähejäänused, mis koosnevad mandunud ainest, mida kvantefektid koos hoiavad. Praegu usuvad astronoomid, et valgete kääbuste eluiga on peaaegu lõpmatu. Kuid teatud aja pärast surevad isegi nemad ja neist saavad eksootilised tähed: mustad kääbused.
Selline saatus ootab ka meie Päikest. Kaugemas tulevikus viskab meie Päike välja oma välimised kihid ja muutub valgeks kääbustäheks, mis püsib miljardeid aastaid. Kuid ühel päeval hakkavad isegi valged kääbused jahtuma. Pärast 10 (100 võimu) aastat jahtuvad nad temperatuurini, mis võrdub mikrolaineahju taustkiirguse temperatuuriga, paar kraadi absoluutsest nullist kõrgemal.
Kui see juhtub, saab meie tähest must kääbus. Kuna seda tüüpi tähed on nii külmad, on see inimsilmale nähtamatu. Kõigile, kes üritavad leida meile elu andnud Päikest, on seda võimatu optiliste süsteemide abil teha. Ta peab seda otsima gravitatsiooniefektide abil. Enamikust tähtedest, mida öötaevas näeme, saavad mustad kääbused (veel üks põhjus, miks öine taevas selgineb). Kuid meie sooja päikese jaoks on see eriti solvav.
Imelikud tähed
Selleks ajaks, kui meie Päikesest saab must kääbus, on tähe evolutsioon juba lõpule jõudnud. Uusi tähti ei sünni. Selle asemel on universum üle ujutatud külmade tähejäänustega. Ja see võimaldab Universumil hakata looma kummalisi tähti, mis erinevad oluliselt sellest, mida teame.
Üks neist on härmas või külm täht. Kui universumi tähed põletavad oma tuumakütuse, suurendavad nad metallilisust. Astronoomias on see tähe elementide mõõt, mis on heeliumist raskemad - praktiliselt kõik elemendid, alustades liitiumist. Tähe metallilisuse suurenemisel muutuvad nad külmemaks, kuna raskemad elemendid eraldavad sulandumisel vähem energiat. Lõpuks muutuvad tähed nii külmaks, et nende temperatuur on 0 kraadi ehk vee külmumistemperatuur.
Kui vaatate veelgi kaugemale tulevikku, on seal veel kummalisem täht. Umbes kümne (kuni 1500 võimuni) aasta pärast võtab entroopia oma lõivu ja universum on sisuliselt surnud. Nendel külmadel aegadel valitsevad universumit kvantefektid.
Kvanttunnel võimaldab valguselemente sünteesida ebastabiilseks rauaks. See laguneb omakorda stabiilsemaks isotoopiks, eraldades nõrka energiat. Need rauatähed on praegu ainus võimalik tähekuju. Kuid neid leidub ainult mudelites, milles astronoomid ei usu prootonite lagunemisse, seega pole see idee kõige populaarsem.
Kõik nukleonid lagunevad
Keerame tagasi kümnest (15 võimule) aasta pärast Suurt Pauku 10 (34 võimuni) aasta punktist. Kui inimkond pole selleks ajaks veel surnud, ei ela me seda ajastu kindlasti üle. Nagu eespool mainitud, vaidlevad astronoomid pidevalt selle üle, kas prooton aegade lõpuks laguneb. Ütleme jah.
Nukleonid on aatomi, prootonite ja neutronite tuuma osakesed. Teadaolevalt lagunevad vabad neutronid poolväärtusajaga 10 minutit. Kuid prootonid on uskumatult stabiilsed. Keegi pole prootoni lagunemist omal nahal näinud. Kuid universumi lõpu poole muutub kõik.
Füüsikud eeldavad, et prootoni poolväärtusaeg on 10 (37 võimuni) aastat. Me pole seda lagunemist näinud, sest universum pole veel piisavalt vana. Lagunemisajastul (10 (kuni 34. jõud) - 10 (kuni 40. jõud) aastat) hakkavad prootonid lõpuks lagunema positroonideks ja pioonideks. Lagunemisajastu lõpuks saavad universumis kõik prootonid ja neutronid otsa.
Ilmselt hakkavad Universumi elul olema probleemid. Kui eeldada, et inimkond elas üle Päikese muutuse ja rändas Universumi sõbralikumatesse osadesse, hakkavad füüsikaseadused mingil hetkel dikteerima inimkonna surma. Meie keha ja kõik tähtedevahelised objektid on valmistatud nukleonidest. Nende lagunemisel lõpeb igasugune elu, kuna aatomid ise lakkavad olemast. Elu ei saa sellistes tingimustes (ja sellisel kujul) edasi eksisteerida ning Universum sukeldub mustade aukude ajastusse.
Mustad augud ujutavad universumi
Kui nukleonid kaovad, jõustuvad mustad augud seaduses ja valitsevad universumit 10 (kuni 40) võimuni pärast Suurt Pauku kuni 10 (100 võimuni) aastani. Sellest hetkest alates hakkame rääkima nii pikkadest aegadest, et neid on mõistusega võimatu mõista. Universumi praegusest ajastust palju pikema aja pärast jäävad mustad augud ainsateks struktuurideks.
Kui nukleonid lahkuvad, on peamisteks subatoomilisteks osakesteks leptonid - elektronid ja positroonid. Need kütavad musti auke. Absorbeerides aine jääke Universumis, eraldavad mustad augud ise osakesi, mis täidavad Universumi footonite ja hüpoteetiliste gravitonitega. Kuid mustad augud on määratud surema, nagu otsustas Stephen Hawking.
Hawkingi sõnul aurustuvad mustad augud tänu nende kiirgusele. Kiirgades kaotavad nad massi energia kujul. See protsess võtab kaua aega, nii et me ei tea sellest praktiliselt mitte midagi. Musta augu täielikuks aurustumiseks peab mööduma 10 (60 võimule) aastat, seega pole see protsess meie Universumi sajandi jooksul veel lõpuni kulgenud. Kuid nagu me ütlesime, surevad lõpuks ka mustad augud. Neist jäävad alles ainult massideta osakesed ja mõned hajutatud leptoonid, mis laisalt suhtlevad ja energia kaotavad.
Ilmub uut tüüpi aatom
Kui meie universumist on alles vaid mõned subatoomilised osakesed, võib tunduda, et pole enam midagi rääkida. Kuid elu võib ilmneda ka selles kõige halvemas maailmas.
Paljude aastate jooksul on osakeste uurijad rääkinud positroniumist, positroni ja elektroni aatomilaadsest sidemest. Nendel kahel osakesel on vastupidised laengud. (Positron on elektroni antiosake). Seetõttu tõmbab neid elektromagnetiliselt. Kui selliste osakeste paar hakkab suhtlema, võivad nad olla orbiidil ja aatomikäitumisel.
Kuna positronium on haruldane, ei saa seda positroniumi "keemia" mudelit nimetada täielikuks. Kuid nendest kummalistest "aatomitest" võib välja tulla väga uudishimulikke asju. Esiteks võivad need eksisteerida hiiglaslikel orbiitidel, mis katavad tähtedevahelise ruumi. Niikaua kui need kaks osakest omavahel suhtlevad, suudavad nad paari säilitada kaugusest hoolimata.
Mustade aukude ajastul on mõnede nende "aatomite" läbimõõt ulatub kaugemale kui meie praegune vaadeldav universum. Leptonitest koosnevad positroniumi aatomid elavad üle prootoni lagunemise ja läbivad mustade aukude ajastu. Lisaks tekitavad mustad augud kiirituse käigus positrooniumi aatomeid. Teatud aja möödudes lagunevad ka positroni-elektronipaarid. Kuid enne seda võib Universum sünnitada täiesti kirjeldamatu elu.
Kõik aeglustub, isegi kõige mõte
Kui mustade aukude ajastu saab läbi ja isegi need tähehiiglased kaovad pimedusse, jäävad meie universumisse vaid mõned asjad, peamiselt hajusad subatoomilised osakesed ja ülejäänud positroniumi aatomid. Pärast seda toimub kõik Universumis üliaeglaselt, iga sündmus võib kesta eone. Mõne teoreetilise füüsiku, näiteks Freeman Dysoni sõnul võib elu sel ajal universumis uuesti ilmneda.
Pika-pika aja möödudes võib positroniumist hakata arenema orgaaniline evolutsioon. Ilmuvad olendid erinevad väga palju kõigest, mida teame. Näiteks võivad need olla suured, hõlmates tähtedevahelisi vahemaid. Kuna universumis pole muud alles, on neil, kuhu ümber pöörata. Kuid kuna need eluvormid on tohutud, mõtlevad nad palju aeglasemalt kui meie. Tegelikult võib sellise olendi jaoks kasvõi ühe mõtte loomiseks kuluda triljoneid aastaid.
See võib meile tunduda kummaline, kuid kuna need olendid eksisteerivad tohutute ajavahemike järel, on selline mõte neile kohene. Nad eksisteerivad uskumatult kaua, jälgides, kuidas universum neist mööda lennutab. Kuid nad vajuvad unustusse.
"Makrofüüsika" lõpp
Selleks ajaks saavutab Universum peaaegu maksimaalse entroopia seisundi, see tähendab, et sellest saab homogeenne energiaväli ja mitu subatomaarset osakest. See toimub pärast mustade aukude ajastut, palju hiljem pärast 10 (100 võimule) aastat. Kosmos laieneb nii palju ja tume energia muutub nii võimsaks, et isegi mustad augud lakkavad olemast ja universum kaotab massiivseid esemeid.
Sellist universumit on raske ette kujutada. Mõelge sellele: tähed lakkavad moodustumast, sest aine moodustavad subatoomsed osakesed eraldatakse selliste vahemaadega, et nad ei saaks valguse kiirusel liikudes kuidagi kokku saada. Isegi positroniumi aatomid ei saa ilmuda.
Füüsika saab otsa. Ainus füüsiline mudel, mis töötab edasi, on kvantmehaanika. Kvantefektid ilmnevad isegi tohutute tähtedevaheliste vahemaade korral hiiglaslikus ajaraamis. Lõpuks langeb universumi temperatuur absoluutsesse nulli: tööks muundamiseks pole enam energiat. Mõnes mudelis kasvab ruumi laienemine, rebides aegruumi laiali. Universum lakkab olemast.
Kas sellest kõigest on võimalik põgeneda?
Siiani on meie teekonda universumi lõpuni saatnud ainult pimedad ja masendavad sündmused. Kuid füüsikud ei kaota oma optimismi ja visandavad inimkonnale võimalikke viise lõpuaegade üleelamiseks ja isegi meie universumi taaskäivitamiseks.
Kõige lootustandvam viis universumist maksimaalse entroopiaga pääsemiseks on kasutada musti auke, kuni footonite lagunemine muudab elu võimatuks. Mustad augud jäävad väga salapärasteks objektideks, kuid teoreetikud soovitavad neid kasutada uutesse universumitesse sisenemiseks.
Kaasaegne teooria viitab sellele, et mulluniversumid sünnivad pidevalt meie oma universumis, moodustades aine ja elu võimalusega uusi universume. Hawking usub, et mustad augud võivad olla väravad nendesse uutesse universumitesse. Kuid on üks probleem. Kui olete musta augu piiri ületanud, pole enam tagasiteed. Seega, kui inimkond otsustab minna musta auku, on see ühesuunaline reis.
Kõigepealt peate leidma piisavalt massiivse pöörleva musta augu, et reis üle ürituse horisondi üle elada. Vastupidiselt levinud arvamusele on massiivsed mustad augud ohutumad. Tuleviku kosmoserändurid võivad küll loota, et reis ei lõpe halvasti, kuid neil ei õnnestu siinpool musta auku oma sõpradega ühendust võtta ja tulemusest teada anda. Iga sõit saab olema usuhüpe.
Kuid on võimalus tagada, et uus universum ootab meid teisel pool. Alan Guthi sõnul vajab vastsündinud Universum ainult 10 (89 võimsusele) prootonit, 10 (89 võimsusele) elektroni, 10 (89 võimsusele) positrooni, 10 (89 võimsusele) neutriinot, 10 (89 võimsusele) antineutriinot, 10 (79 võimsusele) prootoneid ja 10 (79 võimsusele) startreid. See võib tunduda palju, kuid kokku pole see rohkem kui tellis.
Tuleviku inimesed võivad ülitugeva gravitatsioonivälja abil tekitada valevaakumi - avardumisvõimalusega kosmosepiirkonna. Kaugemas tulevikus võivad inimesed saada kätte tehnoloogia, et luua vale vaakum ja luua oma universum. Kuna universumi esialgne täispuhumine kestab murdosa sekundist, laieneb uus universum silmapilkselt ja saab inimeste uueks koduks. Kiire hüpe läbi ussiaugu ja me oleme päästetud.
Juhuslik kvanttunnel võib universumi taaskäivitada
Mis saab universumist, mille me maha jätsime? Mõne aja pärast saavutab see lõpuks maksimaalse entroopia ja muutub täiesti elamiskõlbmatuks. Kuid ka selles surnud universumis on elul võimalus. Kvantmehaanika teadlased on teadlikud kvanttunneldamise mõjust. See on siis, kui subatoomiline osake võib siseneda energiaolekusse, mis on klassikaliselt võimatu.
Näiteks klassikalises mehaanikas ei saa pall spontaanselt mäkke üles võtta ja üles kerida. See on keelatud energiaseisund. Ka elementaarosakestel on klassikalise mehaanika seisukohast keelatud energiaolekud, kuid kvantmehaanika pöörab kõik pea peale. Mõned osakesed võivad nendesse energiaseisunditesse "tunnelisse minna".
See protsess toimub juba tähtedes. Kuid universumi lõppu rakendades tekib kummaline võimalus. Klassikalise statistilise mehaanika osakesed ei saa liikuda kõrgemast entroopia seisundist madalamasse. Kuid kvanttunneliga saavad ja saavad. Füüsikud Sean Carroll ja Jennifer Chen pakkusid välja idee, et teatud aja möödudes võib kvanttunnelid spontaanselt vähendada surnud universumi entroopiat, viia uue Suure Pauguni ja taaskäivitada universumi. Kuid ärge hoidke hinge kinni. Entroopia spontaanse vähenemise juhtumiseks peate ootama 10 (10-le) ^ (10-le) ^ (56-le) aastat.
On veel üks teooria, mis annab meile lootust uuele universumile - seekord matemaatikutelt. 1890. aastal avaldas Henri Poincaré oma kordumisteoreema, mille kohaselt jõuavad kõik süsteemid uskumatult pika aja möödudes oma algsele seisundile väga lähedasesse olekusse. See kehtib ka termodünaamika kohta, mille puhul suure entroopiaga universumi juhuslikud termokõikumised võivad põhjustada selle algse seisundi naasmise, misjärel kõik algab uuesti. Aeg möödub ja universum saab uuesti tekkida ning selles elavatel olenditel pole vähimatki aimu, et nad elavad meie universumis.
ILYA KHEL
