Кінець усьому Як всесвіт помирає Уотсоне
Все швидкоплинне - включаючи космос. Зображення: Pinterest
Як помирає Всесвіт?
Даніель Хубер
Вивчайте більше"
Пілотований китайський підводний човен пірнає до найнижчої точки на землі
Сьогодні День захисту дітей! Так, але не в Швейцарії (тут це ще має бути)
Біткойн повернувся на рекордний курс. Але це відрізняється від 2017 року
Навчальний табір корпоративних трунарників: Зараз настає швидке вибілювання банкрутства
Мікропластика, знайдена в зоні смерті: гора Еверест, також смітник
Friends for Life - 22 зображення та GIF-файли, які доводять важливість найкращих ...
Найчитаніші
"Швейцарія потребує більш надійної стратегії" - експерт ВООЗ критикує політику коронації
Єгипет має проблеми із сексуальним насильством, але опір повільно зростає
Ще 37 твітів, які чудово описують нашу делікатну ситуацію з коронавірусом
Зірки стоять холодно і віддалено на нічному небі. Той, хто подивиться на них, може запідозрити дотик вічності. Але вони теж швидкоплинні - а разом з ними і час, і простір. З часу загальної теорії відносності Ейнштейна ми знаємо, що Всесвіт виникає і проходить. Як це сталося - або точніше: як воно розвинулося відразу після Великого Вибуху - описується теоріями Великого Вибуху.
Як пройде Всесвіт, набагато менш зрозуміло - відповідь, серед іншого, залежить від форми Всесвіту та впливу певних гіпотетичних факторів, таких як так звана темна енергія, на хід речей.
Ми не знаємо, яке майбутнє чекає Всесвіт. Зображення: ESA/Hubble
М'яч, сідло або аркуш паперу?
Звернемось спочатку до форми Всесвіту. Наш чотиривимірний Всесвіт має три просторові виміри. Легко уявити всі можливі форми в цьому тривимірному просторі, але не форму цього простору, але це можна зробити лише за допомогою аналогій. Геометрія простору залежить від його змісту: загальна теорія відносності говорить, що простір може бути викривлений масою. Щільність Всесвіту, таким чином, визначає його форму - і його майбутнє.
Маса кривих простору. Зображення: Shutterstock
Глобальна кривизна простору може бути позитивною, негативною або нульовою. В останніх двох випадках говориться про відкритий Всесвіт з позитивною кривизною закритого.
- позитивна кривизна: Середня щільність речовини в просторі більша *, ніж критична щільність (приблизно 3 атоми водню на м 3). Всесвіт закритий; це кінцево, але необмежено. Як аналогію уявіть поверхню кулі, яка нескінченна, але не нескінченна. Позитивно вигнутий Всесвіт описується з еліптичною геометрією, в якій сума кутів трикутника більша за 180 °.
- негативна кривизна: Середня щільність речовини менша *, ніж критична. Всесвіт відкритий; це нескінченно і необмежено. Аналогією може служити поверхня сідла. Негативно вигнутий Всесвіт описується з гіперболічною геометрією, в якій сума кутів трикутника менше 180 °.
- відсутність кривизни: Середня щільність речовини дорівнює критичній густині. Всесвіт відкритий; це нескінченно і необмежено. Можлива аналогія "плоского" Всесвіту - аркуш паперу. Некривий Всесвіт описується з евклідовою геометрією, в якій сума кутів трикутника дорівнює рівно 180 °.
Аналіз космічного фонового випромінювання свідчить про велику ймовірність того, що наш Всесвіт є плоским.
Геометрія Всесвіту: позитивний, негативний і не вигнутий Всесвіт (зверху вниз). Зображення: Вікімедіа
Поєдинок сил: Гравітація проти темної енергії
Якщо ви хочете зрозуміти майбутнє, погляд у минуле часто вигідний. Це стосується і Всесвіту. Відразу після Великого Вибуху 13,8 мільярда років тому, коли виникли час і простір, молода Всесвіт неймовірно швидко розширилася. Протягом крихітної частки секунди Всесвіт розширювався швидше, ніж світло, в період інфляції. Після цього розширення значно уповільнилося, але згодом знову зросло. Навіть сьогодні простір розширюється і розширюється все швидше і швидше приблизно 7,5 мільярда років після Великого вибуху.
Відразу після Великого вибуху Всесвіт розширився з надзвичайною швидкістю (символ). Зображення: Shutterstock
Однак розширення простору насправді мало сповільнитися. Для пояснення прискорення розширення астрофізики використовують те, що відоме як темна енергія. Це гіпотетична форма енергії, яка ще не була безпосередньо доведена експериментально і властивості якої є предметом спекуляцій. Темно, бо він не дає відчути себе через електромагнітне випромінювання.
Таємнича темна енергія, що розганяє Всесвіт як космічне відштовхування, є антагоністом гравітації, яка намагається об'єднати всі маси. Темна енергія збільшується, чим більше приміщення розширюється, оскільки її щільність енергії - енергія на об’єм кімнати - залишається постійною. Сучасний Всесвіт складається з 68,3 відсотка темної енергії - видима, звична речовина становить лише 4,9 відсотка, решта (26,8%) складається з темної матерії.
Темна енергія становить левову частку у складі Всесвіту (малюнок символу). Зображення: Shutterstock
Оскільки в даний час астрофізики знаходяться в темряві, коли мова заходить про темну енергію, вони не можуть зробити певних тверджень щодо майбутнього Всесвіту. Залежно від того, чи має перевагу темна енергія або гравітація, розширення Всесвіту буде продовжувати прискорюватися, залишатися незмінним або сповільнюватися - воно може навіть змінити себе і перетворитися на скорочення.
Ви навіть не вірите, яка дивна матерія плаває навколо у просторі
З цього випливають найбільш правдоподібні в даний час теорії про смерть Всесвіту:
"Велика криза"
Якщо темна енергія в якийсь момент знову стає слабшою і гравітація переважає, ми живемо в закритому, кінцевому Всесвіті, який позитивно вигнутий. У цьому випадку щільність енергії речовини є достатньою для зупинки і зворотного розширення простору. Астрофізики називають цей сценарій аналогічно "Великому вибуху" ("Великому вибуху") "Великою кризою" (приблизно "великим крахом").
Скорочення змушує Всесвіт знову стискатися, спочатку повільно, потім все швидше і швидше. Він стає щільнішим і гарячішим, поки вся речовина не стискається в дуже маленький простір, як у космічній сміттєвій пресі. Тиск розбиває атоми, а потім навіть атомні ядра на субатомні частинки. Створюються чорні діри, які зливаються в єдину чорну діру.
У Великій кризі Всесвіт знову стискається, поки не зруйнується в точці без розширення. Графіка: Вікімедіа
В результаті остаточного колапсу, який відбудеться приблизно через 100 мільярдів років, матерія, час і простір врешті-решт розваляться в нескінченно малу точку - свого роду зворотний великий вибух. Як і в цьому випадку, Велика криза - це так звана сингулярність - ситуація, коли щільність і кривизна простору нескінченно великі, і тому їх неможливо описати математично та фізично. В даний час сценарій Великої кризи вважається досить малоймовірним.
"Великий відмов"
Симетрія сценарію великого кризи призводить до думки, що за скороченням може відбутися ще одне розширення - отже, новий великий вибух для кожного великого кризису. Цей сценарій, який називається "Великий відмов", створює циклічний або коливальний Всесвіт. Однак виникає проблема сингулярності, яка стоїть поза простором-часом і тим самим заважає взагалі мислити «перед».
Деякі прихильники теорії великих відмов обходять цю проблему, припускаючи, що маса, час і простір будуть стиснуті до крихітної точки колапсу Всесвіту-попередника, що, однак, не є незмінним. До того, як настане сингулярність, квантові ефекти забезпечують зміну сили тяжіння з привабливої на відштовхувальну силу - скорочення перетворюється на розширення.
Схематичне зображення великого відмов. Зображення: factlegend.org
Інші астрофізики, які також віддають перевагу сценарію великих відмов, вирішують проблему сингулярності по-різному, однак: вони розглядають наш чотиривимірний Всесвіт як частину вищовимірного метасвіту. Якщо він надзвичайно розширився, збільшується ймовірність його зіткнення з іншим чотиривимірним простором. Обидва зливаються і стають все меншими і меншими завдяки величезним гравітаційним силам, поки не відбудеться відскок і новий Всесвіт знову не розшириться. Через трильйони років це знову настільки велике, що ймовірно чергове зіткнення.
Як і сценарій великої кризи, великий відмову в даний час не дуже популярний серед астрофізиків, оскільки вважається малоймовірним, що розширення космосу є оборотним.
"Велике заморожування"
Сценарій "Великого заморожування", також відомий як "Великий холод" або "Великий скуг", вважається найбільш вірогідною долею Всесвіту. Це значно менш вражаюче, ніж Велика криза, і базується на тому, що простір продовжує розширюватися і більше не стискається.
Це трапляється у двох випадках: відкритий, негативно вигнутий Всесвіт розширюватиметься навіть без темної енергії, лише трохи уповільнюється гравітацією. Якщо додати темну енергію, розширення прискорюється. Відкритий, плоский Всесвіт також розширюється назавжди без темної матерії, але розширення постійно сповільнюється і прагне до нуля. Однак із темною речовиною розширення спочатку слабшає, але потім знову прискорюється.
Наслідки постійного розширення неприємні: відстань між зірками і галактиками стає все більшою, а Всесвіт охолоджується. Через мільярди років вже не вистачає газу для створення нових зірок; існуючі зірки закінчують паливо і згасають. З погляду Землі одна зірка за іншою зникала б з нічного неба. Приблизно через сто трильйонів років залишаються лише вигорілі сонечка, холодні, неживі планети та чорні діри.
Зображення символу не дуже точне: у Великому морозі Всесвіт буде темним. Зображення: Pinterest
Можливо, що протони згодом також розпадуться, і вся речовина перетвориться на випромінювання; лише чорні діри могли на деякий час залишитися - завжди далі в розширеному просторі. Згодом вони також випаруються через ефект радіації Хокінга. За 10 200 років залишився лише пустельний порожній Всесвіт з невеликою кількістю випромінювання, температура якого лише надзвичайно трохи перевищує абсолютний нуль.
"Великий розрив"
Коли темна енергія приймає химерну форму фантомної енергії, вона стає настільки сильною, що прискорення розширення безмежно зростає. Потім воно повністю пригнічує вплив чотирьох основних сил фізики - гравітації, електромагнетизму, слабкої та сильної взаємодії - і результатом є "великий розрив" ("велика сльоза").