Nu doar moartea prin căldură: Iată cinci moduri în care Universul s-ar putea termina

Dacă întâmpinați probleme cu somnul noaptea, ați încercat să induceți o teamă existențială totală prin contemplarea sfârșitului întregului Univers?

Dacă nu, iată o rezumat a cinci idei care explorează modul în care „tot ce există” ar putea deveni „nimic”.

Bucurați-vă.

Moartea prin căldură

Vom începe sondajul nostru cu scenariul clasic, ceea ce ați putea numi implicit. Este viitorul prezis că va avea loc dacă tot ceea ce știm despre Univers este în mare măsură corect și toate acele lucruri din cosmos continuă să se comporte așa cum s-a comportat în ultimele câteva miliarde de ani. Desigur, ceea ce știm despre Univers este probabil să fie greșit, iar conținutul Universului este probabil să se schimbe și să evolueze cu timpul. Deci, deși acest scenariu ar putea fi implicit, ar trebui luat cu valoarea de sare a unei stele neutronice. Dar, la fel ca un meteorolog de televiziune care încearcă să scrie perspectiva de weekend cu cinci minute înainte de difuzare, este cel mai bun lucru pe care l-am oferit datele disponibile.

Trăim într-un Univers în expansiune, iar la sfârșitul anilor 1990, două echipe independente de astronomi au descoperit – spre surprinderea lor – că expansiunea se accelerează. Indiferent ce a determinat această expansiune, a fost numit „energie întunecată” și un sfert de secol mai târziu, încă nu avem idee despre ce este. Dar știm ce face. Nu știm de ce se accelerează expansiunea Universului; știm doar că este.

Din câte ne putem da seama, această accelerație va continua fără încetare pentru totdeauna în viitor, împingând tot materialul din Univers tot mai departe unul de celălalt. În acest moment, orizontul nostru observabil se află la aproximativ 45 de miliarde de ani lumină distanță. Dar orice galaxie pe care o vedem care se află la mai mult de 13 miliarde de ani lumină distanță este deja pierdută pentru totdeauna pentru noi. Acele galaxii se retrag mai repede decât lumina, așa că nu există nicio speranță de a călători vreodată la ele. Lumina lor se va diminua încet și se va deplasa spre roșu până când vor dispărea cu totul din vedere.

Cu energia întunecată, orizontul nostru observabil crește din ce în ce mai mic cu timpul, în ciuda dimensiunii tot mai mari a Universului. Orice lucru care nu este deja legat gravitațional de galaxia noastră va fi în cele din urmă îndepărtat de noi. Pentru noi, asta înseamnă că doar membrii Grupului Local vor supraviețui acestor vremuri tumultuoase. Dar orice în afara acelei bule, care este doar câteva miliarde de ani lumină pe o parte, va dispărea pentru totdeauna. Deci, dacă sunteți apropiat și personal cu o galaxie care nu se numește Andromeda sau Triangulum, ați putea la fel de bine să vă luați rămas bun acum.

Având suficient timp (și Universul are o mulțime de asta pentru a merge în jur), galaxiile se dizolvă ca stele, iar planetele sunt aruncate pe orbite neîntrerupte prin nenumărate interacțiuni unele cu altele. Cu și mai mult timp, chiar și toate obiectele macroscopice se evaporă prin tunel cuantic, iar găurile negre se micșorează din cauza emisiei de radiație Hawking.

Destul de departe în viitor, să zicem, 10¹⁰⁰ peste ani, ceea ce numim Univers va consta într-o baie în expansiune de particule subatomice care se răcesc încet în drum spre zero absolut.

Aceasta se numește „moartea termică” a Universului, dar poți să te gândești la ea ca fiind moartea căldurii. Nu vor mai fi diferențe de temperatură nicăieri, ceea ce înseamnă că termodinamica se oprește, ceea ce înseamnă că nu mai există capacitatea de a lucra. Și asta înseamnă că nu există potențial pentru viață așa cum o știm noi (chiar și tipul cu adevărat leneș).

The Big Rip

Moartea la căldură a Universului este o imagine destul de mohorâtă, dar pare inevitabil pe baza faptului că energia întunecată este o constantă. Indiferent unde sau când te afli în Univers, energia întunecată este mereu acolo, aparent nu devine niciodată mai puternică, niciodata nu devine mai slabă.

Dar măsurătorile puterii energiei întunecate făcute în ultimele două decenii au ridicat întrebări cu privire la acest „aparent”. În schimb, se înclină într-o direcție amenințătoare, indicând faptul că energia întunecată ar putea deveni mai puternică cu timpul. Cu toate acestea, aceste măsurători nu sunt suficiente pentru a declara acest lucru drept fapt observațional, deoarece incertitudinile sunt mai mult decât suficient de mari pentru a găzdui o valoare constantă „nimic de văzut aici”. Așadar, nu sunt de alarmă (încă), dar întotdeauna mi-a părut interesant faptul că datele tind să prefere acest scenariu.

Când energia întunecată devine mai puternică cu timpul, îi dăm un nou nume: energie întunecată fantomă, deoarece (a) posibilitatea ei încalcă anumite presupuneri despre natura energiei din Univers și (b) este un nume cu adevărat cool. Într-un univers cu energie întunecată fantomă, expansiunea accelerată trece de la ritmul lent și calm pe care îl observăm astăzi într-o frenezie scăpată de sub control care sfâșie literalmente Universul.

Denumit în mod corespunzător scenariul Big Rip, cronologia evenimentelor depinde de cât de puternică poate deveni energia întunecată. În cel mai rău caz, distracția ar putea începe în doar câteva miliarde de ani (ceea ce este înspăimântător de curând, având în vedere că Universul însuși are o vechime de doar 13 miliarde de ani). Nici măcar structurile legate gravitațional nu vor supraviețui apocalipsei fantomă care urmează. Grupul Local va fi sfâșiat, împreună cu Calea Lactee, urmat de Sistemul nostru Solar, urmat de planete… urmat de tine, eu, celulele noastre, moleculele noastre, atomii noștri, totul.

Și nu se numește doar Big Rip pentru că materia se sfâșie. Spațiul se autodistruge. Dacă alegeți oricare două puncte aleatorii, oricât de apropiate ar fi, într-o ordine suficient de scurtă, acestea vor fi infinit de îndepărtate. Așa descompune tot ce știm despre regularitatea țesăturii spațiu-timpului, așa că Big Rip este ca o singularitate din interior spre exterior: întregul Univers devine fără sens, cu toate noțiunile de distanțe distruse.

Există încă câteva întrebări teoretice deschise în jurul Big Rip. De exemplu, particulele subatomice cunoscute sub numele de quarci sunt foarte bune la legarea între ele. De fapt, dacă încerci să le separi, depui atât de multă energie în efort încât ajungi să dai și mai mulți quarci care apoi se leagă de perechea pe care ai despărțit-o. Nu știm cum Big Rip ar interacționa și/sau interfera cu acest proces, dar, sincer, nu mulți oameni au lucrat la el, deoarece scenariul este atât de neatrăgător.

Să sperăm că nu trebuie să aflăm niciodată.

The Big Crunch

Universul se extinde; Edwin Hubble a stabilit asta în anii 1920. Dar nu trebuia să se extindă. Când Albert Einstein a formulat pentru prima dată relativitatea generală și a aplicat acele ecuații la evoluția Universului (pentru că, hei, de ce nu?), a descoperit că starea naturală a cosmosului urma să fie în mișcare. El a încercat să rezolve acest lucru adăugând o constantă cosmologică pentru că la acea vreme, toată lumea credea că Universul este static, dar asta e altă poveste.

Dar Universului însuși nu-i păsa dacă se extinde sau se contracta; atâta timp cât era dinamică, relativitatea generală spunea că este bine. Un fizician rus, Alexander Friedmann, a descoperit că evoluția Universului depinde de conținutul său. Dacă începeți cu o expansiune inițială, gravitația reciprocă a tuturor lucrurilor din Univers poate modifica această expansiune, în funcție de ce este făcută și câte lucruri există.

Observațiile actuale ale cosmosului dezvăluie că nu există suficientă materie pentru a încetini, darămite a inversa, expansiunea sa. Și asta fără să luăm în considerare măcar energia întunecată, care intensifică aceeași expansiune.

Dar sunt multe pe care nu le știm despre energia întunecată, cum ar fi, de exemplu, ce este, de ce face ceea ce face și ce va face în viitor. Este foarte posibil ca energia întunecată să nu evolueze doar, ci să se schimbe, degradându-se într-un alt tip de energie sau chiar în particule, crescând materia din Universul nostru (acest gen de lucruri se întâmplă tot timpul în teoria câmpului cuantic, deci nu este exclus). a întrebării).

Energia întunecată poate evolua în așa fel încât faza actuală de expansiune accelerată să fie doar un moft trecător și, la un moment dat în viitor, expansiunea Universului va încetini, se va opri și apoi se va inversa. Presupunând că continuă în acea nouă traiectorie inversată fără încetare, cosmosul va intra apoi în ceea ce se numește Big Crunch.

Un nume destul de descriptiv, Big Crunch va vedea o inversare a tuturor acestor miliarde de ani de istorie cosmică: rețeaua cosmică se va micșora, galaxiile se vor prăbuși împreună, temperaturile și presiunile vor crește și vor transforma materia într-o plasmă, atomii și nucleele se vor prăbuși. fi zdrobit, supa de particule subatomice se va transforma în stări de energie mai înaltă și apoi…

Ei bine, nu suntem siguri ce se va întâmpla atunci. Așa cum nu înțelegem momentele inițiale ale Big Bang-ului, nu înțelegem momentele finale ale Big Crunch-ului. Răspunsul se află probabil în lumea gravitației cuantice, care rămâne o problemă nerezolvată în fizică. Poate că există cea mai mică stare cuantică posibilă pe care o poate atinge Universul și se va întoarce din asta. Poate că branele (versiunile dimensionale mai înalte ale corzilor) vor sări unele de altele în acea stare extremă, declanșând un nou Big Bang.

Sau poate că acesta va fi sfârșitul: o singularitate gravitațională, un punct de densitate infinită, singura piatră funerară pentru cosmosul pe care îl cunoaștem și îl iubim.

Tranziția de fază

Dacă asta nu a fost suficient de neplăcut pentru tine, ia în considerare acest lucru: poate că Universul va duce o fizică ciudată la extrem și se va dezintegra într-un fulger de energie. Cea mai bună parte? Nici nu am ști că urmează.

Cosmosul timpuriu a suferit o serie de tranziții de fază tumultuoase, pe măsură ce forțele fundamentale ale naturii se desprind unele de altele. Ultimul astfel de eveniment a separat forța nucleară slabă de forța electromagnetică, lăsând în urmă un cosmos plin de particule și radiații pe care le cunoaștem și le iubim astăzi.

Dar s-ar putea să nu se facă.

Evident, ultima tranziție a dus la o stare oarecum stabilă, întrucât lucrurile nu s-au schimbat (cel puțin la un nivel cuantic fundamental) de peste 13 miliarde de ani. Dar asta nu garantează că configurația actuală a vidului cuantic este adevărata stare cu cea mai scăzută energie, cea mai stabilă. Am putea fi doar metastabili, ceea ce înseamnă că vidul este stabil atâta timp cât nu se întâmplă nimic grav.

Din păcate, mai multe lucruri se întâmplă tot timpul în Univers, iar oscilațiile cuantice aleatorii ar putea trimite vidul în starea sa fundamentală adevărată, care ar veni cu o colecție de forțe, particule și câmpuri care sunt configurația cu cea mai scăzută energie posibilă – și fără legătură cu particulele și forțele din Universul nostru actual. Această tranziție de fază ar începe într-un loc aleatoriu din cosmos și ar alerga spre exterior cu viteza luminii, conținând în ea un nou tip de univers aproape sigur incompatibil cu genul de viață, chimia și chiar fizica atomică pe care le-a gestionat Universul nostru. a inventa.

Deoarece această bulă de tranziție de fază se extinde cu viteza luminii, nu ar exista niciun avertisment cu privire la sosirea ei. Într-o zi, pur și simplu ne vom ocupa de treburile noastre și apoi am clipi: Noul Univers îi ia locul. Oricare ar fi particulele care compuneseră corpurile noastre și orice forțe le-au ținut împreună ar dispărea, pentru a fi înlocuite cu o nouă configurație cuantică.

Dormi bine.

Petrecerea nu se oprește niciodată

Poate că toată această negativitate copleșitoare cu privire la sfârșitul Universului este ceea ce l-a determinat pe laureatul Nobel Roger Penrose în 2010 să propună un mecanism complet diferit pentru soarta pe termen lung a Universului, ceva numit cosmologie ciclică conformă sau CCC.

Dacă urmărim linia de gândire din spatele morții termice a Universului până la concluzia sa finală, Universul este atât de expansiv și atât de rece încât fiecare particulă individuală devine izolată de toate celelalte. Aceste particule ar putea fi orice, dar vor fi, în general, cele mai ușoare particule subatomice cunoscute: electroni, neutrini, poate materie întunecată și fotoni cu masă zero.

Pentru ca CCC să funcționeze, modelul presupune că toate particulele se degradează în cele din urmă în fotoni. Niciun fizician nu crede că acest lucru este posibil (nici măcar Penrose), dar cine știe ce ar putea găti Universul viitorului îndepărtat. Odată ce toate particulele s-au transformat în ph otoni, ai rămas cu un spațiu-timp lipsit de trăsături: fără puncte de referință, fără posturi de ghidare, fără sens în care să poți distinge „aici” de „acolo” – sau într-adevăr „oriunde”.

124 Comentarii