Nič ni večno. In tudi naše vesolje bo seveda umrlo. Govori se, da bo to večna širitev in na koncu smrt zaradi entropije. Vesolje se širi in entropija raste in bo še naprej rasla, dokler vse, kar nam je drago, ne umre. Toda to je čustvo in mi smo človeški znanstveniki, zato se sprašujemo, kako bo videti konec vesolja? Kaj bo spremljalo? Ne, no, radoveden.
Na nočnem nebu ne bo več zvezd
Čez 150 milijard let bo nočno nebo na Zemlji videti povsem drugače. Ko vesolje stremi k svoji toplotni smrti, se prostor širi hitreje kot svetlobna hitrost. Vemo, da je svetlobna hitrost togi omejevalnik hitrosti za vse predmete v vesolju. Toda to velja samo za predmete, ki so v vesolju, ne pa tudi za tkivo prostora-časa samega. Težko je to hitro ugotoviti, toda vesoljsko-časovna tkanina se že širi hitreje kot svetlobna hitrost. In v prihodnosti bo to imelo čudne posledice.
Ker se ves prostor širi hitreje kot svetloba, obstaja kozmološko obzorje. Vsak predmet, ki presega to obzorje, bo od nas zahteval, da lahko opazujemo in beležimo podatke o njem z uporabo delcev, ki potujejo hitreje od svetlobe. A takšnih delcev ni. Takoj, ko predmeti zapustijo kozmološko obzorje, nam postanejo nedostopni. Vsak poskus stika z oddaljenimi galaksijami ali interakcije z njimi zunaj tega obzorja bo od nas zahteval tehnologijo, ki se lahko premika hitreje kot samo širjenje vesolja. Zaenkrat je le nekaj predmetov zunaj našega kozmološkega obzorja. Ker pa temna energija pospešuje širitev, bo sčasoma vse izven dosega naših oči.
Kaj to pomeni za Zemljo? Predstavljajte si, kako gledate v nočno nebo čez 150 milijard let. Videli bomo le nekaj zvezd, ki ostanejo znotraj kozmološkega obzorja. Na koncu bodo tudi odšli. Nočno nebo bo popolnoma jasno, kot tabula rasa. Astronomi prihodnosti ne bodo mogli dokazati, da v vesolju obstaja kakšen drug predmet. Vse zvezde in galaksije, ki jih vidimo zdaj, bodo izginile. Za nas bo v celotnem vesolju ostal le Osončje. Resda Zemlja verjetno tega ne bo izpolnila, o tem pa več v nadaljevanju.
Promocijski video:
Življenje po sončni smrti ne bo izginilo
Vsi vemo, da zvezde ne trajajo večno. Njihova življenjska doba se začne z nastankom, nadaljuje se skozi celotno fazo zaporedja (ki predstavlja večino zvezdnikovega življenja) in se konča s smrtjo zvezde. V večini primerov zvezde nabreknejo do nekaj stokrat večje od običajne velikosti, s čimer se konča faza glavnega zaporedja in s tem pogoltnejo vse planete, ki se jim približajo.
Vendar pa lahko za planete, ki krožijo okoli zvezde na velikih razdaljah (zunaj "ledišča" sistema), ti novi pogoji dejansko postanejo dovolj topli, da podpirajo življenje. Po nedavni študiji inštituta Carl Sagan na univerzi Cornell bi lahko taka situacija v nekaterih zvezdnih sistemih trajala milijarde let in vodila v nastanek povsem novih oblik nezemeljskega življenja.
Čez približno 5,4 milijarde let bo naše Sonce izstopilo iz glavne faze zaporedja. Po izčrpanju vodikovega goriva v jedru bo pepel inertnega helija, ki se bo tam zbiral, postal nestabilen in se pod vplivom lastne teže zrušil. To bo privedlo do dejstva, da se jedro segreje in postane gostejše, kar pa bo privedlo do povečanja velikosti Sonca - zvezda bo vstopila v fazo "veje rdečih velikanov".
To obdobje se bo začelo, ko bo naše Sonce postalo podgigant in se bo približno približno milijardo let in pol počasi podvojilo. V naslednjih pol milijarde let se bo širil hitreje, dokler ne bo 200-krat večji od trenutne velikosti in nekaj tisočkrat svetlejši. Potem bo uradno postal rdeči velikan in njegov premer bo približno 2 AU. e. - Sonce bo preseglo sedanjo Marsovo orbito.
Očitno Zemlja ne bo preživela videza rdečega velikana v sončnem sistemu, kot so Merkur, Venera ali Mars. Toda onkraj linije zmrzovanja, kjer je dovolj mraza, da lahko hlapljive spojine - voda, amoniak, metan, ogljikov dioksid in ogljikov monoksid - ostanejo zamrznjeni, bodo plinski velikani, ledeni velikani in pritlikavi planeti. In začela se bo popolna otoplitev.
Skratka, ko se zvezda razširi, bo to storilo tudi njeno "bivalno območje", ki zajema orbite Jupitra in Saturna. Ko se to zgodi, lahko prej nenaseljeno mesto, kot sta Jupiter in Saturn, nenadoma postane stanovanjsko. Enako velja za številne druge zvezde v vesolju, ki jim je ob odraščanju in umiranju namenjeno, da postanejo rdeči velikani.
Ko bo naše Sonce doseglo rdečo fazo velikanske veje, bo imelo le 120 milijonov let aktivnega življenja. Ta čas ni dovolj, da se pojavijo in razvijejo nove življenjske oblike, ki lahko postanejo resnično zapletene (kot ljudje in druge vrste sesalcev). Toda po študiji, ki je bila nedavno objavljena v The Astrophysical Journal, lahko nekateri planeti blizu drugih rdečih velikanov našega vesolja ostanejo naseljeni še veliko dlje - v nekaterih primerih do devet milijard let ali več.
Da boste razumeli, je devet milijard let dvakrat več kot sedanja starost Zemlje. Ob predpostavki, da bodo svetovi, ki nas zanimajo, imeli pravo sestavo elementov, bodo imeli dovolj časa, da bodo nastale nove zapletene oblike življenja. Glavna avtorica študije, profesorica Lisa Kaltenneger, je tudi direktorica Inštituta Carl Sagan. Iz prve roke ve, kako iskati življenje v vesolju:
»Ko se zvezda stara in sveti, se bivalno območje premika navzven in v bistvu vidite drugo življenje za planetarni sistem. Trenutno so predmeti v zunanjih regijah zamrznjeni v našem sončnem sistemu, kot sta Evropa in Encelad, luni Jupitra in Saturna. Potem ko se bo naše rumeno Sonce razširilo dovolj, da postane rdeči velikan in Zemljo spremeni v prežgano puščavo, bodo v našem sončnem sistemu - pa tudi v drugih sistemih - še vedno obstajala območja, kjer bi lahko življenje cvetilo.
Ko se zvezda razširi, izgubi maso in jo potisne navzven v obliki sončnega vetra. Planeti, ki krožijo blizu zvezde ali imajo majhno površinsko težo, lahko izgubijo atmosfero. Po drugi strani pa lahko planeti z zadostno maso (ali na varni razdalji) ohranijo to atmosfero. V kontekstu našega osončja to pomeni, da bi lahko v nekaj milijard letih svetovi, kot sta Evropa in Encelad (ki ima morda življenje, ki se skriva pod ledenimi školjkami), postali raj za življenje.
Naše Sonce bo postalo črni škrat
Trenutno ima naše vesolje veliko različnih vrst zvezd. Rdeči palčki - hladne zvezde, ki oddajajo rdečo svetlobo - so med najpogostejšimi. V vesolju je tudi veliko belih palčkov. To so zvezdni ostanki mrtvih zvezd, sestavljeni iz izrojene snovi, ki jo kvantni učinki držijo skupaj. Trenutno astronomi verjamejo, da imajo beli palčki skoraj neskončno življenjsko dobo. Toda po določenem času bodo celo umrli in postali eksotične zvezde: črni palčki.
Takšna usoda čaka tudi naše Sonce. V oddaljeni prihodnosti bo naše Sonce izvrglo svoje zunanje plasti in se spremenilo v belo pritlikavo zvezdo, ki bo ostala milijarde let. Toda nekega dne se bodo celo beli palčki začeli hladiti. Po 10 (na 100) let se bodo ohladili na temperaturo, enako temperaturi sevanja mikrovalov v ozadju, nekaj stopinj nad absolutno ničlo.
Ko se to zgodi, bo naša zvezda postala črni škrat. Ker je ta vrsta zvezd tako mrzla, bo človeškemu očesu nevidna. Vsakdo, ki poskuša najti Sonce, ki nam je dalo življenje, bo nemogoče z optičnimi sistemi. Iskati ga bo moral po gravitacijskih učinkih. Večina zvezd, ki jih vidimo na nočnem nebu, bodo postali črni palčki (še en razlog, da se nočno nebo razjasni). Toda za naše toplo sonce je še posebej žaljivo.
Čudne zvezde
Ko naše sonce postane črni pritlikavec, je bil zvezdni razvoj že končan. Nove zvezde se ne bodo rodile. Namesto tega bo vesolje preplavljeno s hladnimi zvezdnimi ostanki. In to bo vesolju omogočilo, da začne ustvarjati čudne zvezde, ki se bistveno razlikujejo od tistega, kar poznamo.
Ena izmed teh je ledena ali hladna zvezda. Ko zvezde v vesolju izgorijo svoje jedrsko gorivo, povečajo svojo kovinskost. V astronomiji gre za merilo elementov v zvezdi, ki so težji od helija - skoraj vsi elementi, začenši z litijem. Ko se kovinskost zvezde poveča, postanejo hladnejši, saj težji elementi med fuzijo sproščajo manj energije. Končno bodo zvezde postale tako hladne, da bodo imeli temperaturo 0 stopinj, ledišče vode.
Če pogledate še dlje v prihodnost, bo še bolj čudna zvezda. V približno 10 letih (do 1500) v prihodnosti bo entropija naredila svoj davek in vesolje bo v bistvu mrtvo. V teh hladnih časih bodo kvantni učinki vladali vesolju.
Kvantno tuneliranje bo omogočilo sintezo lahkih elementov v nestabilno obliko železa. Ta pa bo propadel v stabilnejši izotop in oddajal majhno količino energije. Te železne zvezde bodo trenutno edina možna oblika zvezd. A najdemo jih le v modelih, v katerih astronomi ne verjamejo v razpad protona, zato ta ideja ni najbolj priljubljena.
Vsi nukleoni bodo propadli
Vrnimo se s točke 10 (na moč 15) let po velikem poku na točko 10 (na moč 34) let. Če človeška rasa takrat ne bo umrla, te dobe zagotovo ne bomo preživeli. Kot smo že omenili, se astronomi nenehno prepirajo o tem, ali bo proton propadel do konca časa. Recimo da.
Nukleoni so delci v jedru atoma, protoni in nevtroni. Znano je, da prosti nevtroni propadajo z razpolovno dobo 10 minut. Toda protoni so neverjetno stabilni. Nihče ni iz prve roke videl razpada protona. Toda proti koncu vesolja se bo vse spremenilo.
Fiziki domnevajo, da je razpolovna doba protona 10 (v moči 37) let. Tega propadanja nismo videli, ker vesolje še ni dovolj staro. V obdobju razpada (10 (do 34. moči) - 10 (do 40. moči) let) bodo protoni končno začeli razpadati v pozitrone in pione. Do konca obdobja razpada bodo vsi protoni in nevtroni v vesolju zmanjkali.
Očitno bo življenje v vesolju začelo imeti težave. Če predpostavimo, da je človeška rasa preživela spremembo Sonca in se preselila v bolj prijazne dele vesolja, bodo na neki točki zakoni fizike začeli narekovati smrt človeške rase. Naša telesa in vsi medzvezdni predmeti so narejeni iz nukleonov. Ko bodo razpadli, se bo vsako življenje končalo, saj atomi sami ne bodo več obstajali. Življenje v takih razmerah (in v takšni obliki) ne bo moglo več obstajati in Vesolje se bo potopilo v dobo črnih lukenj.
Črne luknje bodo preplavile vesolje
Ko nukleoni izginejo, bodo črne luknje stopile v pravo in bodo vladale vesolju od 10 (do moči 40) let po velikem poku do 10 (do moči 100) let. Od tega trenutka začnemo govoriti o tako dolgih časih, da jih je popolnoma nemogoče razumeti s svojimi mislimi. Po času, ki je veliko daljši od sedanje dobe vesolja, bodo črne luknje ostale edine strukture.
Ko nukleoni odidejo, bodo glavni subatomski delci leptoni - elektroni in pozitroni. Napajali bodo črne luknje. Z absorpcijo ostankov snovi v vesolju bodo črne luknje same oddajale delce, ki bodo vesolje napolnili s fotoni in hipotetičnimi gravitoni. Toda črnim luknjam je usojeno umreti, kot se je odločil Stephen Hawking.
Po Hawkingu črne luknje zaradi sevanja izhlapijo. Ko sevajo, izgubijo maso v obliki energije. Ta postopek traja dolgo, zato o njem ne vemo praktično nič. Črna luknja popolnoma izhlapi traja 10 let (do 60) let, zato se ta proces stoletja našega vesolja še ni končal. A kot smo že rekli, bodo sčasoma tudi črne luknje umrle. Od njih bodo ostali le brezmasni delci in nekaj razpršenih leptonov, ki bodo leno medsebojno vplivali in izgubili energijo.
Pojavil se bo atom nove vrste
Ker je od našega vesolja ostalo le nekaj subatomskih delcev, se morda zdi, da se ni več o čem pogovarjati. Toda življenje se lahko pojavi tudi v tem najslabšem svetu.
Raziskovalci delcev že leta govorijo o pozitroniju, atomski vezi med pozitronom in elektronom. Ta dva delca imata nasprotna naboja. (Pozitron je antidelec elektrona). Zato jih bo elektromagnetno privlačilo. Ko par takih delcev začne medsebojno delovati, ima lahko osnovne orbite in atomsko vedenje.
Ker bo pozitronij redek, tega modela pozitronijeve "kemije" ne moremo imenovati popoln. Toda iz teh čudnih "atomov" lahko nastanejo zelo radovedne stvari. Najprej lahko obstajajo v orjaških orbitah, ki pokrivajo medzvezdni prostor. Dokler dva delca sodelujeta, bosta lahko ohranila par ne glede na razdaljo.
V obdobju črnih lukenj bodo nekateri od teh "atomov" imeli premere, ki so daljši od našega sedanjega opazovanega vesolja. Atomi pozitronija, sestavljeni iz leptonov, bodo preživeli razpad protona in prešli skozi dobo črnih lukenj. Poleg tega bodo črne luknje v procesu sevanja ustvarjale atome pozitronija. Po določenem času bodo tudi pozitron-elektronski pari propadli. Pred tem pa Vesolje lahko rodi povsem neopisljivo življenje.
Vse se bo upočasnilo, tudi sama misel
Ko se bo doba črnih lukenj končala in tudi ti zvezdni velikani izginejo v temi, bo v našem vesolju ostalo le nekaj stvari, predvsem difuzni subatomski delci in preostali atomi pozitronija. Po tem se bo vse v vesolju dogajalo izjemno počasi, vsak dogodek lahko traja eone. Po mnenju nekaterih teoretičnih fizikov, kot je Freeman Dyson, bi se lahko življenje v tem času spet pojavilo v vesolju.
Po dolgem, dolgem času se lahko iz pozitronija začne razvijati organski razvoj. Bitja, ki se bodo pojavila, se bodo zelo razlikovala od vsega, kar poznamo. Na primer, lahko so ogromne in obsegajo medzvezdne razdalje. Ker v vesolju ne ostane nič drugega, se bodo morali obrniti. Ker pa bo teh življenjskih oblik ogromno, bodo razmišljali veliko počasneje kot mi. Pravzaprav lahko traja milijard let, da takšno bitje ustvari celo eno misel.
Morda se nam zdi nenavadno, a ker bodo ta bitja obstajala v ogromnih časovnih intervalih, bo takšna misel zanje takoj. Obstojali bodo neverjetno dolgo in gledali vesolje, kako leti mimo njih. Toda potonili bodo v pozabo.
Konec "makrofizike"
V tem času bo Vesolje doseglo skoraj največje stanje entropije, to pomeni, da bo postalo homogeno energetsko polje in več subatomskih delcev. To bo po dobi črnih lukenj, mnogo kasneje po 10 (na 100) let. Vesolje se bo tako razširilo in temna energija bo postala tako močna, da bodo celo črne luknje prenehale obstajati in vesolje izgubilo masivne predmete.
Težko si je predstavljati takšno vesolje. Samo pomislite: zvezde se bodo nehale tvoriti, ker bodo subatomski delci, ki tvorijo snov, ločeni s takšno razdaljo, da se ne bodo mogli nikakor srečati in bodo potovali s svetlobno hitrostjo. Tudi atomi pozitronija se ne morejo pojaviti.
Fizika se bo končala. Edini fizični model, ki bo še naprej deloval, bo kvantna mehanika. Kvantni učinki se bodo pojavili tudi na velikih medzvezdnih razdaljah v velikanskem časovnem okviru. Sčasoma se bo temperatura vesolja spustila na absolutno ničlo: ne bo več energije, ki bi jo lahko pretvorili v delo. Pri nekaterih modelih se bo širitev prostora povečala in prostor-čas raztrgala. Vesolje bo prenehalo obstajati.
Ali je mogoče pobegniti od vsega tega?
Do zdaj so naše potovanje na konec vesolja spremljali le temni in depresivni dogodki. Toda fiziki ne izgubljajo optimizma in ne skicirajo možnih načinov, kako lahko človeštvo preživi končne čase in celo znova zažene naše vesolje.
Najobetavnejši način, kako pobegniti iz našega vesolja z največjo entropijo, je uporaba črnih lukenj, dokler razpad fotonov ne onemogoči življenja. Črne luknje ostajajo zelo skrivnostni predmeti, vendar teoretiki predlagajo, da jih uporabimo za vstop v nova vesolja.
Sodobna teorija kaže, da se v našem vesolju nenehno rojevajo mehurčasta vesolja, ki tvorijo nova vesolja z materijo in možnostjo življenja. Hawking verjame, da so črne luknje lahko vrata do teh novih vesolj. Ampak obstaja en problem. Ko enkrat prestopite mejo črne luknje, poti nazaj ni več. Če se torej človeštvo odloči za črno luknjo, bo to enosmerno potovanje.
Najprej morate najti vrtečo se črno luknjo, ki je dovolj masivna, da preživite potovanje čez obzorje dogodkov. V nasprotju s splošnim prepričanjem so po črnih luknjah varneje potovati. Vesoljski popotniki prihodnosti morda upajo, da se potovanje ne bo slabo končalo, vendar ne bodo mogli kontaktirati svojih prijateljev na tej strani črne luknje in jih obvestiti o rezultatu. Vsaka vožnja bo preskok vere.
Toda obstaja način, da zagotovimo, da nas na drugi strani čaka novo vesolje. Po besedah Alana Gutha novorojenček potrebuje le 10 (na moč 89) protonov, 10 (na moč 89) elektronov, 10 (na moč 89) pozitronov, 10 (na moč 89) nevtrinov, 10 (na moč 89) antinevtrinov, 10 (na moč 79) protonov in 10 (na moč 79) nevtronov za začetek. Morda se zdi veliko, vendar v celoti ni več kot opeka.
Ljudje prihodnosti bi lahko ustvarili lažni vakuum - območje vesolja z možnostjo širitve - z uporabo super močnega gravitacijskega polja. V daljni prihodnosti bi ljudje lahko pridobili tehnologijo za ustvarjanje lažnega vakuuma in zagon lastnega vesolja. Ker začetna inflacija vesolja traja delčke sekunde, se bo novo vesolje takoj razširilo in postalo nov dom za ljudi. Hiter skok skozi črvino in rešeni smo.
Naključno kvantno tuneliranje bi lahko znova zagnalo vesolje
Kaj se bo zgodilo z vesoljem, ki smo ga pustili za seboj? Čez nekaj časa bo končno dosegel največjo entropijo in postal popolnoma neprimeren za bivanje. Toda tudi v tem mrtvem vesolju bo življenje imelo priložnost. Raziskovalci v kvantni mehaniki se zavedajo učinka kvantnega tuneliranja. Takrat lahko subatomski delci preidejo v energijsko stanje, ki je klasično nemogoče.
Na primer v klasični mehaniki se žoga ne more spontano dvigniti in zviti v hrib. To je prepovedano energetsko stanje. Tudi osnovni delci imajo s stališča klasične mehanike prepovedana energijska stanja, vendar kvantna mehanika vse postavi na glavo. Nekateri delci se lahko "predrejo" v ta energijska stanja.
Ta proces že poteka v zvezdah. Toda ko se nanaša na konec vesolja, se pojavi čudna možnost. Delci v klasični statistični mehaniki se ne morejo premakniti iz višjega stanja entropije v nižje. Toda s kvantnim tuneliranjem lahko in bodo. Fizika Sean Carroll in Jennifer Chen sta predlagala idejo, da lahko po določenem času kvantno tuneliranje spontano zmanjša entropijo v mrtvem vesolju, pripelje do novega Velikega poka in ponovno zažene vesolje. Ampak ne zadržujte sape. Da se zgodi spontano zmanjšanje entropije, morate počakati 10 (do 10) ^ (do 10) ^ (do 56) let.
Obstaja še ena teorija, ki nam daje upanje za novo vesolje - tokrat od matematikov. Leta 1890 je Henri Poincaré objavil svoj rekurem ponovitve, v skladu s katerim se po neverjetno dolgem času vsi sistemi vrnejo v stanje, ki je zelo blizu prvotnega stanja. To velja tudi za termodinamiko, pri kateri lahko naključna toplotna nihanja v vesolju z visoko entropijo povzročijo, da se vrne v prvotno stanje, nato pa se bo vse začelo znova. Čas bo minil in vesolje se lahko spet oblikuje in bitja, ki bodo v njem živela, niti najmanj ne bodo slutila, da živijo v našem vesolju.
ILYA KHEL