Смерть: как будет умирать вселенная?

Большой разрыв

Казалось бы, ха, ну и что? Ну убегут от нас все галактики еще быстрее, и? Фишка в том, что чем дальше находятся галактики, тем быстрее они друг от друга удаляются. На каком-то расстоянии эта скорость может быть даже больше световой. Это не противоречит теории относительности, я об этом уже упоминал в предыдущих видео, советую глянуть)

То есть, вокруг нас есть сфера, на которой все удаляется со световой скоростью, ее называют сферой Хаббла.

Если расширение Вселенной ускоряется, скорость разбегания увеличивается. Галактики на сфере начинают двигаться даже быстрее скорости света, а световая скорость будет у объектов, которые чуть ближе к нам! То есть сфера Хаббла может уменьшаться!

И теперь самое интересное! Если темная энергия усилит антигравитационное воздействие всего в полтора раза, рано ли поздно эта сфера станет размером с Солнечную систему! Все, что находится за ней, будет просто разлетаться в разные стороны со сверхсветовой скоростью! И ни одна сила не сможет этому противостоять! Согласно расчетам, это произойдет уже через 22 млрд лет.

А дальше события будут развиваться стремительно. Через 3 месяца сфера Хаббла будет уже размером с Землю!

А через 30 минут разрушатся атомы, из которых мы все состоим, а через одну наносекунду произойдет Большой разрыв!

Состояние, которое описать мы пока не в состоянии, ведь вообще не представляем, что может быть с веществом при таких условиях. Единственное мы знаем точно – мы не выживем.

И большим этот разрыв называют потому что он произойдет в каждой точке расширяющейся Вселенной! Разорвется, разлетится на куски любой атом, любой протон! Пространство и время, в том виде, котором мы их знаем, перестанут существовать. Это и будет конец света. Смерть вселенной!

Конец времени

последовательность событий

Предположим, что мы живем во Вселенной, когда никогда не закончится. С бесконечным количеством временем все, что может случиться, случится со 100-процентной вероятностью (согласно теории Пуанкаре). Этот же парадокс произойдет, если вы будете жить вечно. Вы живете бесконечное время, поэтому любое событие случится гарантированно (и произойдет бесконечное количество раз). Поэтому, если вы будете жить вечно, шанс того, что вы застынете во времени, 100-процентный. Поскольку это допущение спутало множество расчетов, которые пытались предсказать конец нашей вселенной, ученые предположили кое-что еще: само время должно однажды остановиться.

Допустим, вы будете живы, чтобы это испытать (миллиарды лет после конца Земли), но вы не сможете понять, что что-то пошло не так. Время просто остановится и все замерзнет, как снимок, как слепок, навсегда. Но и навсегда это не будет, потому что время просто не будет двигаться вперед. Это будет просто один момент времени. Вы никогда не умрете и не постареете. Это своего рода псевдобессмертие, но вы об этом никогда не узнаете.

Расширение Вселенной

В 20 веке появились новые теории, еще более невероятные! Благодаря двум открытиям: разбегания галактик и реликтового излучения, удалось понять, что Вселенная непрерывно расширяется! Мы поняли, что более 13 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв, наблюдаемая Вселенная начала увеличиваться и к нашим дням уже раздулась до невероятных размеров!

Но мы пока плохо понимаем, что будет дальше, это вам не пасьянс разложить! С одной стороны, да, галактики разбегаются, и это будет продолжаться еще довольно долго. Но с другой, все объекты гравитационно притягиваются друг к другу. При убегании, галактики вынуждены противодействовать взаимному притяжению. Это немного тормозит разбегание, и по сути, замедляет расширение Вселенной.

Что произойдет в итоге, зависит от средней плотности Вселенной. Ведь от нее зависит масса и соответственно гравитационные силы. Мы пока точно не смогли рассчитать эту величину, поэтому возможны два варианта. Первый называют «Большим хлопком».

Время бесконечности

Казалось бы, трудно придумать что-то более оригинальное, чем Большой разрыв, но физики поставили вопрос: что произойдёт, если остановится время? Тогда все мы будем существовать в од-ном-единственном мгновении — отныне и навсегда. Правда, такая вечная Вселенная будет полна парадоксов. Например, в этом мире все, что в принципе может произойти, обязательно когда-нибудь случится. Поскольку подобное противоречит многим научным концепциям, учёные считают, что само время не бесконечно и однажды может замереть. Правда, если такое и произойдёт, никто этого не осознает. Просто Вселенная застынет в одном мгновении, а мы будем напоминать мух в янтаре, созерцая то, что было у нас в последний миг перед глазами. Все эти парадоксы можно было бы легко решить, обратившись к модели Мультиверса, или Мультивселенной, состоящей из бесчисленного количества миров. По одной из теорий Мультиверса, вселенные могут порождаться, а затем уничтожаться, по различным сценариям, включая Большое сжатие, тепловую смерть и т.п. Объясняет Мультиверс и невозможность полной остановки времени. Ведь по хроноквантовому сценарию каждый квант времени, составляющий невообразимо малую величину порядка 10 в минус 44-й степени секунды, в Большом взрыве рождается новый мир. Такой Мультиверс чем-то напоминает матрёшку или «луковицу миров». Получается, что за 13,799 миллиардолетия существования нашей Вселенной возникло совершенно фантастическое количество миров. Вполне понятно, что гибель любого из них совершенно ничего не значит для Мультиверса в целом, ведь количество новых вселенных в популярных моделях многомирья значительно превышает число исчезнувших. Таким образом всеобщего конца света просто не может быть.

Метки: история, Тайны 20 века, гибель, галактика, большой взрыв, космология, вселенная, тёмная материя, тёмная энергия, метагалактика, Олег Фейгин

Тайна тёмной энергии

Уже в нашем веке астрономы и космологи выяснили, что около шести миллиардов лет назад «настройка» нашей Вселенной неожиданно изменилась, и далёкие галактики начали с ускорением удаляться друг от друга. Объясняется это тем, что наш мир на 68 процентов состоит из тёмной энергии, играющей роль «вселенской расталкивающей силы». Плотность этой энергии (количество энергии на единицу объёма, — прим. ред.) никак не уменьшается по мере расширения Вселенной. Есть гипотеза, что тёмная энергия изначально является неким «антигравитирующим» свойством самого пространства. Поэтому при возникновении нового пространства плотность энергии антигравитации уже оказывается одним из его параметров. В принципе это с новых позиций позволяет предсказать будущее нашего мира. Так, если бы тёмная энергия действительно была константой, никак не зависящей от расширения пространства, то Вселенную ожидал бы практически бесконечный разлёт вещества. Однако, как показывают астрономические наблюдения, наш мир расширяется с ускорением. Судьба такой Вселенной проста и незавидна — это будет пустой и холодный мир.

Критика

Один из аргументов против гипотезы «тепловой смерти Вселенной» основан на представлении о бесконечности Вселенной, так что законы термодинамики, базирующиеся на изучении объектов конечных размеров, ко Вселенной не применимы в принципе. М. Планк по этому поводу заметил: «Едва ли вообще есть смысл говорить об энергии или энтропии мира, ибо такие величины не поддаются точному определению».

Возражения против гипотезы «тепловой смерти Вселенной» со стороны статистической физики сводятся к тому, что абсолютно запрещаемые вторым началом процессы со статистической точки зрения просто маловероятны. Для обычных макросистем и статистические, и феноменологические законы ведут к одним и тем же выводам. Однако для систем с малым числом частиц или для бесконечно большой системы, или для бесконечно большого времени наблюдения самопроизвольные процессы, нарушающие второе начало термодинамики, становятся допустимыми. Кроме того в закрытых и изолированных системах (содержащих подсистемы), объединенных общим правилом неубывания энтропии, все же возможны устойчивые неравновесные стационарные состояния. При этом такие состояния возможно индуцировать в системе уже находящейся в термодинамическом равновесии. Такая система будет иметь максимальную энтропию, а производство энтропии будет равно нулю, что не противоречит второму началу. В теории такие состояния могут длиться бесконечно.

В современной космологии учёт гравитации приводит к выводу о том, что однородное изотермическое распределение вещества во Вселенной не является наиболее вероятным и не соответствует максимуму энтропии.

Наблюдения подтверждают теорию А. А. Фридмана, согласно которой Метагалактика (астрономическая Вселенная) нестационарна: в настоящее время она расширяется, а вещество под действием силы тяготения конденсируется в отдельные объекты, образуя скопления галактик, галактики, звёзды, планеты. Все эти процессы естественны, идут с ростом энтропии и для своего объяснения не требуют модификации законов термодинамики; даже сама постановка вопроса о «тепловой смерти Вселенной» представляется неправомерной.

Сколь ни сомнительным может казаться с современной точки зрения вывод Клаузиуса о «тепловой смерти» Вселенной, именно этот вывод послужил толчком к развитию теоретической мысли, которая в работах А. Эйнштейна, А. А Фридмана и Г. А. Гамова привела к ныне широко принятой релятивистско-термодинамической модели эволюции[неоднозначно].

Теплова смерть

Давайте рассмотрим первый вариант – это тепловая смерть. С момента своего появления вселенная расширяется. Согласно сценарию, который называется тепловая смерть, она будет расширяться бесконечно долго ещё триллионы и даже десятки триллионов лет. Звёзды будут продолжать формироваться, поглощая строительный газ. Но однажды газ необходимый для их образования закончится или станет сильно разряженный и новые звёзды перестанут появляться. Уже существующие звёзды постепенные исчерпают своё топливо и погаснут. Вселенная медленно и неотвратимо будет становиться всё темнее и холоднее.

Останутся только планеты, потухшие звёзды и чёрные дыры. Далее, начнётся время чёрных дыр, и они будут главными, они поглотят всё оставшееся вещество. Произойти это может через гугол лет, но и чёрные дыры невечные и через невероятно долгое время испаряться из-за излучения Хокинга. Чем больше чёрная дыра, тем медленнее она будет исчезать и в один момент будет вспышка и всё полна тьма. Останутся лишь одни элементарные частицы, которые вряд ли смогут как-то взаимодействовать друг с другом из-за огромного расстояния. Вселенная достигнет максимально низкого энергетического состояния и наступит тепловая смерть. Тёмная, однородная, холодная, и практически пустая, возможно, кое-какие объекты будут встречаться, но это уже смерть.

Возможно, Вселенная будет пребывать в таком состоянии вечно. Но ещё с ненулевой вероятностью из-за случайного квантового события может произойти ещё один большой взрыв, что породит новую Вселенную и опять начнётся всё заново и так будет до бесконечности.

Зарождение и конец Вселенной.

Термины

• Астероид – естественное твердое тело, уступающее по размерам планете, и не выступает кометой.
• Энтропия – мера распределения равномерной энергии в системе.
• Геотермальный – относится к тепловой энергии, поступающей из глубинных земных резервуаров.

В ранней Вселенной материя и энергия были идентичны по природе и легко заменялись. Конечно, главную роль во многих процессах сыграла гравитация. Это казалось беспорядочным, но для работы предлагалась вся будущая вселенская энергия.

Пространство развивалось, и возникли различия в температуре, создавшие для работы больше возможностей. Звезды превосходят по нагреву планеты, которые опережают астероиды, а те теплее вакуума. Многие остывают из-за насильственного вмешательства (ядерный взрыв у звезд, вулканическая активность у Земли и т.д). Если не получить дополнительную энергию, то их дни сочтены. Ниже представлена карта Вселенной.

Это совсем юная Вселенная с колебаниями в температуре (выделены цветами), соответствующие зернышкам, ставшим галактиками

Чем выше становилась энтропия, тем меньше энергии поступало в работу. Земля обладает крупными энергетическими запасами (ископаемые и ядерное топливо), огромными разницами температур (энергия ветра), геотермальная энергия из-за разности в температурных отметках земных слоев и приливная энергия воды. Но некая часть их энергии никогда не пойдет в работу. В итоге, все виды топлива исчерпаются, а температуры выровняются.

Вселенная воспринимается как замкнутая система, поэтому пространственная энтропия всегда увеличивается, а количество доступной для работы энергии уменьшается. В конце концов, когда взорвутся все звезды, используются все формы потенциальной энергии, а температуры выровняются, работа станет просто невозможной.

Наша Вселенная стремится к термодинамическому равновесию (максимальная энтропия). Часто такой сценарий именуют тепловой смертью – остановка всей активности. Но пространство продолжает расширяться и до конца еще слишком далеко. При помощи подсчетов по черным дырам выяснилось, что энтропия продолжится еще 10100 лет.

Тепловая смерть из-за черных дыр

В конечной вселенной эти черные дыры в конечном итоге поглотят большую часть материи и мы останемся наедине с темной вселенной. Время от времени будет вспышка света, почти как молния, когда объект подойдет достаточно близко к черной дыре, чтобы испустить энергию, и снова все погрузится во тьму. В конечном итоге останутся только гравитационные колодцы в нигде. Массивные черные дыры поглотят меньшие и станут еще больше. Таким будет финальное состояние вселенной. Со временем черные дыры испаряются (теряют свою массу), излучая так называемое излучение Хокинга. Поэтому, когда умрет последняя черная дыра, мы останемся с равномерно распределенными субатомными частицами излучения Хокинга.

Большой разрыв

Если же тёмная энергия не является постоянной, то существуют две главные версии дальнейших событий. Возможно, с течением времени «вселенская антигравитация» потеряет силу и даже изменит свой знак, став компонентом всемирного тяготения. Естественно, что Вселенная тогда прекратит ускоренный разлёт, её скорость расширения либо упадёт до нуля, либо поменяет направление на противоположное. Тогда опять возникает сценарий Большого сжатия с ужасом конечного «схлопывания». Если же всё останется как есть и антигравитация продолжит «ускоренно править миром», Вселенную ждёт трудновообразимый финал Большого разрыва. По мере того как плотность тёмной энергии возрастёт на порядок, исчезнет будущее Млечномеды — нашего нового галактического дома из Млечного Пути и Андромеды. Вместе с этой колоссальной соседкой прочь устремятся и другие наши галактические сателлиты, а затем и близкие галактики из Местной группы. Но это будет лишь прелюдия грозного будущего, ведь «тёмная антигравитация» продолжит набирать силу. Когда плотность тёмной энергии возрастёт в сотню раз, начнётся «звёздная миграция» с периферии Млечного Пути. Наш «звёздный остров» потеряет свои окраины и истончится. А если сила тёмной энергии увеличится в две сотни раз, то и наше светило двинется прочь от родной Галактики. Так наше Солнце превратится в «звезду-изгоя» и, окружённое планетарной системой, будет в одиночестве бороздить пространство. Если же плотность тёмной энергии не остановит свой рост, то начнётся распад планетарных систем. В Солнечной системе сначала улетит облако Оорта, за ним последует пояс Койпера, а потом наступит очередь Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера. Вслед за ними отправятся астероиды Главного пояса, а потом и Марс. Земля сойдёт со своей орбиты, когда плотность тёмной энергии возрастёт в 100 миллиардов раз.

Темная энергия

Но это еще не самое страшное. Чуть менее 20 лет назад ученые обнаружили так называемую темную энергию. Мы пока мало что знаем об этой штуке. Но уверены, что она равномерно заполняет всю Вселенную и обладает эффектом антигравитации!

Именно поэтому расширение происходит с ускорением! Темная энергия словно расталкивает галактики, заставляя их двигаться все быстрее. Это словно образный ветер, который дует во все стороны, и расталкивает, разгоняет галактики. Если все будет продолжаться так же, Вселенную ждет гибель по сценарию Большого замерзания.

Но по-настоящему страшные вещи произойдут, если темная энергия по каким-то причинам усилит свое антигравитационное воздействие! Тогда Вселенную ждет неминуемая гибель совсем иного рода под названием «Большой разрыв»!

История гипотезы[ | код]

Рудольф Клаузиус — в 1865 году выдвинул гипотезу о «тепловой смерти» Вселенной

Уильям Томсон — в 1852 году выдвинул гипотезу о «тепловой смерти» Земли

В 1852 году Уильям Томсон (барон Кельвин) сформулировал «принцип рассеяния энергии», из которого следовало, что спустя конечный промежуток времени Земля очутится в состоянии, непригодном для обитания человека. Это была первая формулировка идей о «тепловой смерти», пока только Земли.

Вывод о тепловой смерти Вселенной был сформулирован Р. Клаузиусом в 1865 году на основе второго начала термодинамики. Согласно второму началу, любая физическая система, не обменивающаяся энергией с другими системами, стремится к наиболее вероятному равновесному состоянию — к так называемому состоянию с максимумом энтропии. Такое состояние соответствовало бы тепловой смерти Вселенной. Ещё до создания современной космологии были сделаны многочисленные попытки опровергнуть вывод о тепловой смерти Вселенной. Наиболее известна из них флуктуационная гипотеза Л. Больцмана (1872 год), согласно которой Вселенная извечно пребывает в равновесном изотермическом состоянии, но по закону случая то в одном, то в другом её месте иногда происходят отклонения от этого состояния; они происходят тем реже, чем большую область захватывают и чем значительнее степень отклонения.

Тепловая смерть

Издавна ученые считали, что Вселенная будет существовать вечно. Вплоть до середины 19 века, когда был предложен сценарий так называемой «Тепловой смерти»! Что же это такое?

Начну издалека. В термодинамике, есть понятие энтропия. Это величина, показывающая степень беспорядка в системе. Я люблю иллюстрировать ее на примере овечек. Представьте, себе 3 разных овечки и 3 стойла для них.

Сколько вариантов расположения существует? Правильно, всего 6, вот они все перед вами:

А теперь представьте себе, что фермер загнал овечек в стойла, ушел, но забыл закрыть загоны. Что происходит? Правильно, овечки разбредаются по ферме и теперь вариантов их расположения уже не 6, а намноооого больше!

Как видите, если замкнутую систему предоставить самой себе, степень беспорядка, то есть энтропия, увеличивается. Или остается постоянной, если это уставшие овечки! Это — второй закон термодинамики. Работает он, конечно, больше на поведении молекул в жидкостях, газах, твердых телах.

Например, вы размешиваете рафинад в чае. Расположение частичек сахара становится более беспорядочным. Или вы уронили свой Iphone Х и разбили экран на мелкие кусочки. Печально, но энтропия тоже увеличивается. И что самое главное, это необратимо. Вероятность, что частицы сахара или стекла соберутся в точности обратно по сути нулевая.

И этот закон действует во всей Вселенной! Звезды взрываются, превращаясь в туманности, астероиды сталкиваются друг с другом, крошась в пыль, галактики рассеиваются и исчезают!

В итоге, через много-много лет Вселенная будет равномерно заполнена веществом с одинаковой плотностью и температурой. Это будет холодный, темный и очень скучный мир, в котором не будет просходить ничего. Радует, что Дома-2 там тоже не будет.

Удручающий сценарий, правда? Однако такое вряд ли произойдет. Второй закон термодинамики работает только в замкнутых системах. Применим ли он к бесконечной Вселенной, мы не знаем. К тому же в этом сценарии не учитывается гравитация! Если она есть, то максимуму энтропии не соответствует равномерная плотность, все-таки какие-то структуры останутся! Так что, можно выдохнуть и не бояться тепловой смерти. Но, есть вещи и пострашнее!

Вечная вселенная

Так вот, не с сингулярности Большого Взрыва начался отсчет времени, время могло существовать и раньше (за бесконечность до этого), а сингулярность и результирующий взрыв могли стать следствием столкновения двух бран (структур пространства-времени более высокого уровня бытия). В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься всегда.

Мы, кстати, можем выяснить это в ближайшие 20 лет — у нас есть спутник Планк, исследовавший космос в поисках паттернов микроволнового фона, которые подскажут нам что-нибудь о происхождении Вселенной. Это долгий процесс, но он предоставит нам знания о том, с чего началась наша Вселенная, а возможно подскажет, чем она закончится.

Смерть Вселенной

Одна из самых старых версий гибели нашего мира — тепловая смерть. Она неразрывно связана с именем выдающегося австрийского физика Людвига Больцмана (1844-1906). Согласно открытым им законам термодинамики, в любой замкнутой системе тепло распределяется равномерно и при этом энтропия (или мера беспорядка) возрастает. Если попытаться распространить этот принцип на Вселенную, то получится, что с течением времени вся материя превратится в холодное облако элементарных частиц, которое равномерно растечётся в пространстве. Большинство космологов считают, что наш мир родился в грандиозном космическом катаклизме Большого взрыва. До этого вся материя сосредоточилась в «космологической сингулярности». Это была невообразимая бесконечно плотная точка, расположенная вне пространства-времени. По неизвестным причинам этот сгусток материи взорвался и стал расширяться, и в конце этого разлёта все звезды, конечно, погаснут. Часть из них обратятся в чёрные дыры и испарятся. При этом сами элементарные частицы разлетятся по произвольным траекториям и никогда уже не смогут собраться в небесные тела.

Окончательная катастрофа

Наконец, наступит черёд и земной флоры с фауной, включая человека. Живые клетки, молекулы, атомы и ядра распадутся по частям. Ну а если плотность тёмной энергии будет ещё нарастать, то не выдержит сама ткань пространства-времени. Как будет выглядеть подобный разрыв, не знает никто, возможно, он будет напоминать необъятную чёрную дыру. Впрочем, если нашему миру и суждено закончить существование Большим разрывом, то этот катаклизм произойдёт через 80 миллиардолетий, что почти в шесть раз превышает нынешний возраст Вселенной. Во всяком случае нашу планету, Солнце и галактику подобная трагическая судьба постигнет нескоро. Да и вообще говоря, ужасы разрывающегося на куски пространства-времени существенно преувеличены. Пока нет надёжных данных, подтверждающих увеличение силы тёмной энергии и опровергающих её неизменность как константы. Физики-экспериментаторы считают, что необходимый уровень точности измерения плотности тёмной энергии может быть достигнут уже к концу текущего десятилетия. Так что с научной точки зрения хотя Большой разрыв полностью исключать нельзя, до него ещё очень и очень далеко.