Не паникуйте, но наша планета обречена. Это займет немного времени. Примерно через 6 миллиардов лет Земля, вероятно, испарится, когда умирающее Солнце расширится до красного гиганта и охватит нашу планету .
Но Земля - это только одна планета в Солнечной системе, Солнце - всего лишь одна из сотен миллиардов звезд в галактике, и в наблюдаемой вселенной насчитывается сотни миллиардов галактик. Что ждет все это? Как заканчивается Вселенная?
Наука гораздо реже остановилась на том, как это произойдет. Мы даже не уверены в том, что вселенная придет к твердому, определенному концу или просто медленно отступит. Наше лучшее понимание физики предполагает наличие нескольких вариантов универсального апокалипсиса. Он также предлагает некоторые подсказки о том, как мы могли бы, возможно, выжить.
Наша вселенная расширяется с тех пор, как она началась .
Наш первый ключ к концу Вселенной исходит из термодинамики, изучения тепла. Термодинамика - это дикий уличный проповедник физики, несущий картонный плакат с простым предупреждением: «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТЬ».
Смертность от тепла намного хуже, чем сжигание до хрустящей корочки.
Несмотря на название, жаркая смерть Вселенной - не огненный ад. Вместо этого это смерть всех различий в жаре.
Это может показаться не страшным, но жаркая смерть намного хуже, чем сжигание до хрустящей корочки. Это потому, что почти все в повседневной жизни требует какой-то разницы в температуре, прямо или косвенно.
Например, ваш автомобиль работает, потому что в его двигателе более жарко, чем снаружи. Ваш компьютер работает на электричестве от местной электростанции, которая, вероятно, работает путем нагрева воды и использует ее для питания турбины. И вы бежите на еде, которая существует благодаря огромной разнице температур между Солнцем и остальной вселенной.
Вселенная закончится одним из четырех способов .
Однако, как только вселенная достигнет жары, все вокруг будет одинаковой. Это означает, что ничего интересного никогда не повторится.
Жара смерти выглядела как единственный возможный способ, которым вселенная могла закончиться.
Каждая звезда умрет, почти вся материя распадется, и в конечном итоге все, что останется, - это редкий суп из частиц и радиации. Даже энергия этого супа будет со временем удалена расширением Вселенной, оставив всего лишь часть градуса выше абсолютного нуля.
В этом «Большом замораживании» Вселенная заканчивается равномерно холодным, мертвым и пустым.
После развития термодинамики в начале 1800-х годов тепловая смерть выглядела как единственный возможный путь, который могла бы завершить Вселенная. Но 100 лет назад теория общей теории относительности Альберта Эйнштейна предположила, что вселенная имела гораздо более драматическую судьбу.
Галактики вроде M74 устремились от нас .
Общая теория относительности говорит, что материальное и энергетическое пространство и время. Эта взаимосвязь между пространством-временем и энергией материи (материал) - между сценой и действующими на ней актерами - распространяется на всю вселенную. Вещь во Вселенной, согласно Эйнштейну, определяет конечную судьбу самой Вселенной.
Вселенная начиналась как нечто невероятно маленькое, а затем невероятно быстро расширялось.
Теория предсказывала, что Вселенная в целом должна либо расширяться, либо сокращаться. Он не мог оставаться того же размера. Эйнштейн понял это в 1917 году и так неохотно верил в то, что он помыслил свою собственную теорию.
Затем в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл нашел убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется. Эйнштейн передумал, назвав свое предыдущее настойчивое стремление статической вселенной «самой большой ошибкой» в своей карьере.
Если Вселенная расширяется, она должна быть намного меньше, чем сейчас. Это осознание привело к теории Большого взрыва: идея о том, что Вселенная началась как нечто невероятно маленькое, а затем невероятно быстро расширялось. Мы можем видеть «послесвечение» Большого Взрыва даже сегодня, в космическом микроволновом фонового излучения - постоянном потоке радиоволн, идущих со всех сторон в небе.
Космический микроволновый фон.
Тогда судьба вселенной зависит от очень простого вопроса: будет ли вселенная расширяться и как быстро?
Если есть слишком много вещей, расширение Вселенной замедляется и останавливается.
Для универсума, содержащего нормальный «материал», такой как материя и свет, ответ на этот вопрос зависит от того, сколько там вещей. Больше материала означает большую гравитацию, которая тянет все вместе и замедляет расширение.
Пока количество вещей не перейдет через критический порог, вселенная будет продолжать расширяться навсегда и в конечном итоге терпеть жаркую смерть, замерзая.
Но если есть слишком много вещей, расширение Вселенной замедляется и останавливается. Тогда вселенная начнет сокращаться. Контрактирующая вселенная будет уменьшаться все меньше и меньше, становясь все более жаркой и плотной, в конечном итоге заканчивая сказочно компактным адом, своего рода реверсивным Большого взрыва, известным как Большой хруст.
Вселенная может рухнуть сама по себе, в «Большом хрусте» .
В течение большей части 20-го века астрофизики не были уверены, какой из этих сценариев будет играть. Это будет Большая заморозка или Большой хруст? Лед или огонь?
Темная энергия вытягивает Вселенную.
Они пытались провести космическую перепись, добавляя, сколько вещей в нашей вселенной. Оказалось, что мы странно близки к критическому порогу, оставляя нашу судьбу неопределенной.
Все это изменилось в конце 20-го века. В 1998 году две конкурирующие команды астрофизиков сделал удивительное заявление: расширение Вселенной является ускорение .
Нормальная материя и энергия не могут заставить вселенную вести себя таким образом. Это было первым доказательством принципиально нового вида энергии, получившего название «темная энергия», которая не вела себя как что-либо еще в космосе.
Темная энергия раздвигает Вселенную. Мы все еще не понимаем, что это такое, но примерно 70% энергии во Вселенной - это темная энергия, и это число растет с каждым днем.
Большой хруст привел бы нашу вселенную к огненному концу .
Существование темной энергии означает, что количество вещей во Вселенной не может определить его конечную судьбу.
Вместо этого темная энергия управляет космосом, ускоряя расширение Вселенной на все времена. Это делает Большой Кранч гораздо менее вероятным.
Но это не означает, что Большая заморозка неизбежна. Есть и другие возможности.
Один из них возник, не в изучении космоса, а в мире субатомных частиц. Это, пожалуй, самая странная судьба Вселенной. Это звучит как нечто из научной фантастики, и в некотором смысле это так.
Вода иногда может оставаться жидкой ниже точки замерзания .
В классическом научно-фантастическом романе Курта Воннегута « Кошачьи колыбели» лед - это новая форма водяного льда с замечательным свойством: она замерзает при температуре 46 ° C, а не при 0 ° C. Когда кристалл льда-девяти выпадает в стакан воды, вся окружающая его вода сразу же образует себя после кристалла, так как она имеет более низкую энергию, чем жидкая вода.
Пустой вакуум может внезапно упасть до более низкого уровня энергии.
Новые кристаллы льда-девяти делают то же самое с водой вокруг них, и в мгновение ока цепная реакция превращает всю воду в стекло - или (спойлер!) - все океаны Земли - в сплошной лед -9.
То же самое может произойти в реальной жизни с нормальным льдом и нормальной водой. Если вы положите очень чистую воду в очень чистое стекло и остудите ее чуть ниже 0 ° C, вода переохладится: она остается жидкой ниже естественной точки замерзания. В воде нет никаких примесей и никаких шероховатых пятен на стекле, поэтому льду некуда начать. Но если вы уроните кристалл льда в стакан, вода быстро замерзнет, как лед-девять.
Лед-девять и переохлажденная вода могут показаться не соответствующими судьбе Вселенной. Но что-то подобное могло произойти с самим космосом.
Пустой вакуум может внезапно упасть до более низкого уровня энергии (кредит: Ричард Кайл / SPL)
Квантовая физика диктует, что даже в совершенно пустом вакууме имеется небольшое количество энергии. Но может быть и другой вид вакуума, который обладает меньшей энергией.
Новый вакуум будет «преобразовывать» старый вакуум вокруг него.
Если это так, то вся вселенная похожа на стакан переохлажденной воды. Это будет продолжаться только до тех пор, пока не появится «пузырь» вакуума с более низкой энергией.
К счастью, таких пузырей нет, о которых мы знаем. К сожалению, квантовая физика также диктует, что если возможен вакуум с более низкой энергией, тогда пузырь этого вакуума неизбежно начнет существовать где-то во Вселенной.
Когда это произойдет, точно так же, как лед-девять, новый вакуум будет «преобразовывать» старый вакуум вокруг него. Пузырь расширялся бы почти со скоростью света, поэтому мы никогда не увидим, как это произойдет.
Даже полностью пустое пространство содержит энергию.
Внутри пузыря все будет радикально отличаться и не очень гостеприимно.
Люди, планеты и даже сами звезды будут уничтожены.
Свойства фундаментальных частиц, таких как электроны и кварки, могут быть совершенно разными, радикально переписывая правила химии и, возможно, препятствуя образованию атомов.
Люди, планеты и даже сами звезды будут уничтожены в этом Большом изменении. В статье 1980 года физики Сидни Колман и Фрэнк де Луккия назвали ее « окончательной экологической катастрофой ».
Добавление оскорбления к травме, темная энергия, вероятно, будет вести себя по-другому после Большого изменения. Вместо того, чтобы заставлять Вселенную расширяться быстрее, темная энергия может вместо этого потянуть Вселенную на себя, рухнув в Большой Кранч.
Призрачная темная энергия может уничтожить все .
Существует четвертая возможность, и снова темная энергия находится в центре. Эта идея очень спекулятивная и маловероятная, но ее еще нельзя исключить. Темная энергия может быть еще более мощной, чем мы думали, и может быть достаточно, чтобы закончить вселенную самостоятельно, без каких-либо промежуточных изменений, замораживания или хруста.
Темная энергия имеет своеобразное свойство. По мере расширения Вселенной ее плотность остается постоянной. Это означает, что с течением времени все больше появляется, чтобы идти в ногу с увеличением объема Вселенной. Это необычно, но не нарушает никаких законов физики .
Однако это может стать более странным. Что, если плотность темной энергии увеличивается по мере расширения Вселенной? Другими словами, что, если количество темной энергии во Вселенной увеличивается быстрее, чем расширение самой Вселенной?
Эта идея была выдвинута Робертом Колдуэлем из Дартмутского колледжа в Ганновере, штат Нью-Хэмпшир. Он называет это «фантомной темной энергией». Это приводит к удивительно странной судьбе Вселенной.
Big Rip начнется с разрыва галактик .
Если существует фантомная темная энергия, то темная сторона - это наше окончательное падение, точно так же, как Звездные войны предупреждали нас, что это будет.
Атомы сами по себе разрушатся, на долю секунды до того, как сама Вселенная разорвется.
Прямо сейчас плотность темной энергии очень мала, намного меньше плотности вещества здесь на Земле или даже плотности галактики Млечный Путь, которая намного менее плотная, чем Земля. Но со временем плотность фантомной темной энергии будет нарастать и раздирать Вселенную.
В статье 2003 года Колдуэлл и его коллеги изложили сценарий, который они назвали « космическим сумасшедшим днем ». Когда фантомная темная энергия становится более плотной, чем конкретный объект, этот объект разрывается на клочья.
Во-первых, фантомная темная энергия раздвигала Млечный Путь, отправляя ее составляющие звезды. Тогда солнечная система будет несвязана, потому что притяжение темной энергии будет сильнее, чем притяжение Солнца на Землю.
Наконец, через несколько безумных минут Земля взорвется. Тогда сами атомы разрушались бы, на долю секунды, прежде чем сама Вселенная разорвалась бы. Колдуэлл называет это Большим рипом.
Big Rip буквально разрывает планеты и звезды.
Это удивительно мрачный портрет будущего.
Фантомная темная энергия летит перед некоторыми довольно фундаментальными идеями о Вселенной, как и предположение, что материя и энергия не могут идти быстрее скорости света. Есть веские причины не верить в это.
Основываясь на наших наблюдениях за расширением Вселенной и экспериментов по физике частиц, кажется, гораздо более вероятно, что конечная судьба нашей вселенной - это Большая заморозка, возможно, последующая Большая Перемена и окончательный Большой Хруст.
Но это удивительно мрачный портрет будущего - эоны холодной пустоты, окончательно окончившиеся вакуумным распадом и окончательным имплозией в ничто. Есть ли спасение? Или мы обречены заказать столик в ресторане в конце Вселенной ?
Все это пройдет, но не очень долго .
Для нас, конечно, нет причин беспокоиться о конце Вселенной. Все эти события - это триллионы лет в будущее, за исключением, возможно, большого изменения, поэтому они не являются неотложной проблемой.
Кроме того, нет причин беспокоиться о человечестве. Если ничего другого, генетический дрейф не заставит наших потомков неузнавать задолго до этого. Но могли ли существовать разумные существа любого рода, люди или нет, выживать?
Если вселенная ускоряется, это действительно плохая новость.
Физик Фриман Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, рассмотрел этот вопрос в классической статье, опубликованной в 1979 году . В то время он пришел к выводу, что жизнь может изменить себя, чтобы выжить в Большом замораживании, что, по его мнению, было менее сложным, чем ад большого хруста.
Но в наши дни он гораздо менее оптимистичен, благодаря открытию темной энергии.
«Если вселенная ускоряется, это действительно плохая новость, - говорит Дайсон. Ускорение расширения означает, что мы в конечном итоге потеряем контакт со всеми, кроме горстки галактик, что резко ограничит количество энергии, доступной нам. «В долгосрочной перспективе это довольно мрачная ситуация».
Ситуация все еще может измениться. «Мы действительно не знаем, будет ли расширение продолжаться, поскольку мы не понимаем, почему оно ускоряется», - говорит Дайсон. «Оптимистичный взгляд заключается в том, что ускорение замедляется по мере увеличения вселенной». Если это произойдет, «будущее намного перспективнее».
Но что, если расширение не замедляется, или если станет ясно, что Big Change наступит? Некоторые физики предложили решение, которое прочно держится на сумасшедшей территории. Чтобы избежать конца Вселенной, мы должны построить свою собственную вселенную в лаборатории и вскочить.
Сразу после того, как он родился, Вселенная быстро раздувалась .
Один физик, который работал над этой идеей, - Алан Гутиз Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс, который известен своей работой в самой ранней вселенной.
Вы могли бы начать создание совершенно новой вселенной.
«Я не могу сказать, что законы физики абсолютно подразумевают, что это возможно», - говорит Гут. «Если это возможно, это потребует технологий, значительно превосходящих все, что мы можем предвидеть. Для этого потребуется огромное количество энергии, которую нужно было бы получить и контролировать».
Первый шаг, по словам Гут, создавал бы невероятно плотную форму материи - настолько плотную, что она была на грани срыва в черную дыру . Сделав это правильно, а затем быстро очистив этот вопрос от области, вы можете заставить этот регион пространства быстро развиваться.
По сути, вы должны начать создание совершенно новой вселенной. По мере расширения пространства в этой области граница сжималась бы, создавая пузырь извращенного пространства, где внутренняя часть была больше, чем снаружи.
Большой взрыв: рождение вселенной .
Это может показаться знакомым поклонникам « Доктор Кто », и, по словам Гутта, ТАРДИС «вероятно, очень точная аналогия» для такого рода деформации пространства, о котором он говорит.
Мы не знаем, возможно ли это или нет.
В конце концов, внешняя сторона уменьшилась бы до ничтожества, и новая детская вселенная ущипнула бы от наших собственных, избавленных от любой участи нашей вселенной.
Далеко не уверен, что эта схема действительно сработает. «Я должен сказать, что это непонятно», - говорит Гут. «Мы действительно не знаем, возможно ли это или нет».
Однако Гут также указывает, что есть еще один источник надежды за пределами вселенной - ну, надежда на что-то вроде.
Другая вселенная может появляться все время.
Гут первым предложил, чтобы очень ранняя вселенная удивительно быстро развивалась за крошечную долю секунды, идею, известную как «инфляция». Сегодня многие космологи считают, что инфляция является наиболее перспективным подходом для объяснения ранней Вселенной, и план Гут для создания новой вселенной основан на воссоздании этого быстрого расширения.
Мульти-вселенная в целом действительно вечна.
Инфляция имеет интригующее последствие для конечной судьбы Вселенной. Теория диктует, что вселенная, в которой мы живем, - это лишь одна небольшая часть мультиверсии, с вечно раздувающимся фоном, постоянно порождающим «карманные вселенные», подобные нашим.
«Если это так, даже если мы убедимся, что индивидуальная карманная вселенная в конечном счете умрет благодаря охлаждению, мультивселенная в целом продолжит жить вечно, а новая жизнь будет создана в каждой карманной вселенной, поскольку она создана», - говорит Гут , «На этой картине мультивселенная в целом действительно вечна, по крайней мере вечна в будущем, даже когда отдельные карманные вселенные живут и умирают».