Примарно все в цьому світі бурхливому
Є тільки мить за нього і тримайся
Є тільки мить між минулим та майбутнім
Саме він називається життя...
А. Зацепіну та Л. Дербенєву якнайкраще вдалося передати всю суть нашого буття в цих чотирьох рядках популярної свого часу пісні, яка вперше прозвучала в кінофільмі «Земля Саннікова» (пісню виконав Олег Анофрієв), який вийшов на екрани 1973 року.
Якщо ж абстрагуватися від патетики, то можна сказати, що весь наш існуючий нині світ називається Всесвіт, який включає час, космос і весь його вміст: галактики, зірки, планети, їх місяця, всі інші тіла, всю матерію, всю енергію.
Незважаючи на таку глобальність, Всесвіт має свою дату народження і дату своєї смерті. Звичайно ж, між цими двома подіями пройде колосально великий тимчасовий проміжок, який людині важко собі уявити, але закони природи невблаганні - колись настане час, коли нинішній Всесвіт припинить своє існування.
Коли загине Всесвіт вчені сказати точно не можуть. Про дату її народження також точаться суперечки. Згідно з офіційно прийнятою науковою гіпотезою Всесвіт утворився 13,799 ± 0,021 мільярда років тому в результаті так званого Великого вибуху, коли з однієї точки нульового розміру з нескінченною щільністю та температурою утворився наш світ. Уявити цей процес пересічному обивателю навряд чи можливо, але «розумні голови» стверджують, що це було саме так – була порожнеча, потім трапився великий «бах», з якого почали утворюватися планети, зірки та інші складові цього Всесвіту.
Процес зореутворення продовжується і в наші дні. Перші зірки були утворені через 550 млн років після Великого вибуху. Поступово зірок і планет ставало дедалі більше, вони почали збиратися в галактики та сузір'я.
Наша Сонячна система розпочала своє формування приблизно 4,6 млрд. років тому. Спочатку була сформована газопилова хмара, після чого якась частина хмари стиснулася в кулю, з якої пізніше сформувалося Сонце. Паралельно за аналогічним сценарієм формувалися планети Сонячної системи, включаючи Землю.
За мірками людського життя, наша планета проіснує ще дуже довго. Вчені впевнені, що людська цивілізація зникне набагато раніше загибелі Землі. У найкращому разі наші нащадки переселяться на інші планети, у гіршому – ми зникнемо назавжди. Причин тому безліч, починаючи від глобального природного катаклізму, наприклад, падіння великого астероїда, і закінчуючи соціальними потрясіннями, наприклад, світовим військовим конфліктом із застосуванням зброї масової поразки.
Якщо ж абстрагуватися від «грішних людей», можна сказати, що Сонце в Наразізнаходиться приблизно на середині свого життєвого шляху. Світити йому ще 7-8 млрд. років, після чого запаси водню в його надрах добігають кінця, і термоядерна реакція перетворення водню на гелій почне згасати. Внаслідок цих природних процесів сонячне ядро почне стискатися, а зовнішня оболонка, навпаки, розширюватиметься. Сонце збільшиться настільки, що поглине Меркурій і, можливо, Венеру. У цей період Земля перетвориться на мляве скельний шматок породи, вся вода википить і випарується в космос, а потужний сонячний вітер зірве магнітну оболонку планети.
Однак до цього моменту наша Сонячна система може і не дожити. З великою ймовірністю вже через 2,4 млрд. років наша галактика Чумацький Шлях зіткнеться з сусідньою галактикою Андромеди (на даний момент галактики рухаються назустріч один одному).
А що ж буде з нашим Всесвітом загалом?
Із цього приводу вчених існує кілька різних гіпотез з різними сценаріями. Озвучувати їх все не будемо, зупинимося коротко на найпопулярнішому з них, що має назву «Теплова смерть».
Суть «Теплової смерті» полягає в тому, що через 100 трильйонів років у Всесвіті повністю закінчаться процеси формування зірок. Коли згасне остання зірка, космос зрідка освітлюватимуть спалахи злиття двох білих карликів. Через 1015 років планети або впадуть на залишки своїх колишніх зірок, або підуть до інших тіл. Так само через 1019—1020 років об'єкти покинуть галактики. Невелика частина об'єктів впаде у надмасивну чорну дірку.
Подальший сценарій загибелі Всесвіту залежатиме від того, стабільний протон чи ні.
Однак, як зізнаються самі вчені, подальший перебіг подій у Всесвіті може бути зовсім іншим, оскільки всі наукові гіпотези, що існують на даний момент, ґрунтуються на певному науковому знанні про темну матерію. Деякі вчені не відкидають можливості існування інших форм темної матерії в перші моменти після Великого вибуху. Якщо це дійсно так, то Всесвіт може еволюціонувати зовсім за іншим сценарієм.
Однак, як би там не було насправді, за мірками людини життя і загибель Всесвіту дуже глобальне явище, яке розглядатиме з масштабу тривалості життя однієї людини, не має абсолютно ніякого сенсу.
Яким буде Всесвіт через 10 100 років? При її необмеженому розширенні всі протони розпадуться,
галактики перетворяться на чорні дірки, а самі чорні дірки «випаруються». Якщо Всесвіт у майбутньому колапсує, то процеси його розширення та стиснення можуть циклічно повторюватись.
В останні роки успіхи у вивченні взаємодій елементарних частинок при високих енергіях сприяли значному прогресу у космології. Спроби описати всі основні сили природи як різні прояви однієї фундаментальної сили частково виявились успішними в так званих об'єднаних теоріях взаємодії елементарних частинок.
Такі теорії дозволяють хоча б приблизно описати основні фізичні процеси в температурному інтервалі, починаючи від вкрай низьких температур, близьких до абсолютного нуля, до температур порядку 10 32 К. Вони дають можливість скласти загальне уявлення про властивості матерії при щільності, що представляють космологічний інтерес - від значень менше 10 -300 г/см 3 до величин, що перевищують 10100 г/см 3 . Екстремальні умови, властиві межам зазначених інтервалів, можуть переважати або дуже ранніх, або найпізніших стадіях еволюції Всесвіту.
Порівняно недавно кілька фізиків і космологів, у тому числі й автори цієї статті, спробували екстраполювати процес розвитку Всесвіту в далеке майбутнє, аж до того часу, коли його вік досягне 10 100 років.
Теорія великого вибуху
В основі методу екстраполяції лежить модель Великого вибуху. Згідно з цією моделлю, початком розширення Всесвіту послужив вибух виключно щільної компактної освіти, що стався
10-20 млрд років тому. В даний час вважається загальновизнаним, що еволюцію Всесвіту визначили перші моменти початку її розширення.
Використання термінології, пов'язаної з вибухом, пояснюється тим, що матерія і енергія у Всесвіті, що спостерігається, видаються хіба що розлітаються в просторі. Щоправда, термін «Великий вибух» не зовсім вдалий, оскільки асоціюється зі спостереженням вибуху з боку. Спостерігати ж «з боку» вибухове розширення Всесвіту, що включає все, що існує, в прин-
ципі неможливо.
Сам простір теж розширюється тому, що це галактики віддаляються друг від друга зі швидкостями, пропорційними відстані між ними. Спостерігачеві, що знаходиться в нашій Галактиці, інші галактики видаються «розбігаються» від нього. Що далі галактика, то з більшою швидкістю вона віддаляється від нас. Зі збільшенням відстані на 1 млн. світлових років ця швидкість зростає на 17 км/с. Математичною основою моделі Великого вибуху є рівняння загальної теорії відносності Ейнштейна.
Приблизно через три хвилини після початку розширення Всесвіту ядерні реакції призвели до синтезу гелію, а також інших легких елементів, хоча й у менших кількостях. Однак Всесвіт охолоне занадто швидко, для того щоб встигли утворитися вуглець і інші більш важкі елементи. Тому значна частина водню збереглася і послужила ядерним пальним для зірок.
Надлишок речовини, що спостерігається, порівняно з антиречовиною, можливо, обумовлений реакціями, що протікали всього через 10 ~ 38 с. після початку розширення. Саме на основі цього припущення більшість об'єднаних теорій взаємодії елементарних частинок передбачає можливість
розпаду будь-якої ядерної матерії.
Через недостатність наших уявлень про найраніші стадії розширення Всесвіту поки не можна відповісти на найважливіше питання космології: чи Всесвіт постійно розширюватиметься, чи сили гравітації зупинять його розширення і захоплять простір і час знову до стану початкового.
«Вогняної кулі»?
Оскільки за допомогою експериментів і спостережень поки що не вдається вирішити питання про замкнутість Всесвіту, при прогнозуванні її далекого майбутнього доводиться брати до уваги обидві можливості – і його замкнутість, і відкритість.
Відкритий Всесвіт
Спочатку припустимо, що критична щільність не досягається і Всесвіт відкритий. Що станеться з її великомасштабною структурою (тобто яке майбутнє геометричних властивостей Всесвіту) і локальними утвореннями (від протонів до галактик)?
Відповідно до сучасних уявлень, еволюція локальних утворень відкритого Всесвіту має пройти шість основних етапів.
- Першийіз них займе 10 14 років після Великого вибуху. За цей час у всіх зірок вигорить їхнє «паливо». Основним ядерним пальним протягом майже всього життя зірки є водень, який у її надрах перетворюється на гелій. Після того як більшість водневого пального вичерпано, розміри
зірки швидко збільшуються у кілька разів, і вона стає червоним гігантом. На цій стадії гелій перетворюється на вуглець та інші важчі елементи.
Термоядерні реакції у цих процесах «працюють» у такому напрямку: водень перетворюється на гелій, гелій на вуглець, а вуглець на більш важкі елементи. Ця послідовність перетворень зазвичай
завершується освітою заліза. Ядра заліза мають найнижчу повну енергію на одиницю маси
порівняно із зазначеними елементами, тож при досягненні «залізної межі» енергія ядерного пального Всесвіту повністю вичерпується.
- Другийетап еволюції Всесвіту полягає у втраті всіма зірками своїх планет. Якщо до зірки, навколо якої звертається планета (або планети), наблизиться інша зірка на відстань, що не перевищує радіус планетної орбіти, то остання буде сильно змінена гравітаційним полем зірки, що наближається, і планета може полетіти в міжзоряний простір. Середній проміжок часу, протягом якого можлива подібна зустріч, залежить від концентрації зірок у цій галузі простору, радіусу планетних орбіт і зажадав від швидкості зближення зірок.
Концентрацію зірок у просторі можна оцінити за обсягом, в якому міститься принаймні одна зірка. Зірка з планетою, що обертається навколо неї, «замітає» в просторі циліндр, розмір якого залежить від розміру орбіти планети і від швидкості зірки.
Середній інтервал часу між зірковими зближеннями дорівнює часу, необхідного для того, щоб об'єм цього циліндра став дорівнює об'єму, що містить принаймні одну зірку. Концентрація зірок у типовій галактиці дорівнює приблизно одній зірці на 35 кубічних світлових років простору.
За оцінкою Ф. Дайсона (Інститут вищих досліджень Прінстоні, США), середній радіус орбіти планети приблизно дорівнює 100 млн. км, а швидкість руху зірки у просторі становить 50 км/с. Об'єм циліндра, що «замітається» планетною системою, що рухається, виявиться після 10 15 років рівним 35 кубічним світловим рокам, тому зустріч з іншою зіркою протягом цього проміжку часу цілком можлива.
На підставі цього можна припустити, що приблизно через 100 подібних зближень зірка втратить всі свої планети; отже, протягом часу, рівне 100 * 10 15 років, тобто. за 10 17 років, усі зірки втратять свої планети.
- Третійетап еволюції Всесвіту - результат ще більших зближень зірок. Коли дві зірки проходять близько одна від одної, гравітаційна взаємодія між ними здатна передати кінетичну енергію від однієї зірки до іншої. При досить великому зближенні одна із зірок може придбати настільки високу швидкість, що «вилетить» із галактики. В силу закону збереження
Енергія кінетична енергія другої зірки при цьому відповідно зменшиться. У результаті ця зірка наблизиться до ядра галактики.
Цей етап можна назвати етапом випаровування галактик. Взаємодія зірок відтворює в гігантському
масштаб взаємодія молекул, що випаровуються з поверхні рідини. Подібний за характером обмін енергією, можливо, призведе до того, що не лише зірки, а й значна частина міжзоряного газу залишить галактики.
Після того як приблизно 90% маси галактик випарується, гравітаційне поле стане «збирати» зірки, що залишилися, і речовина в ядро зі зростаючою щільністю. Галактики, які ми спостерігаємо в даний час, мабуть, мають у центрі надмасивну чорну дірку - область простору, яку не можуть залишити ні речовина, ні випромінювання (не беручи до уваги особливий випадок, пов'язаний із законами квантової механіки).
Навіть якщо ніякої чорної дірки в центрі галактики не існує, щільність її ядра, ймовірно, зросте настільки, що гравітаційні сили подолають опір тиску газу, і ядро катастрофічно швидко стиснеться (колапсує). В результаті утворюється надмасивна чорна діра.
Розрахунки, аналогічні проведеним нами для випадку втрати планет зірками, показують, що випаровування зірок з галактик, що супроводжується колапсом останніх, відбудеться на той час, коли вік Всесвіту досягне 10 18 років.
- Четвертийі п'ятийетапи еволюції відкритого Всесвіту - це космологічні явища в пізніх її стадіях, що передбачаються більшістю об'єднаних теорій взаємодії елементарних частинок. Правда, ці явища не відіграють суттєвої ролі, поки вік Всесвіту після епохи колапсу галактик не збільшиться щонайменше ще у 100 разів.
Якщо протон схильний до розпаду, то цей процес істотно вплине на ті зірки, які не будуть поглинені чорними дірками в центрі галактик. Це зірки, що випарувалися з галактик. Розпад протонів і нейтронів буде підтримувати температуру зоряної речовини, набагато вищу порівняно з міжзоряним середовищем.
Якщо припустити, що час життя протона становить 10 30 років, то швидкість розпаду у зірці розміром з
Сонце має бути близько 10 27 протонів на рік. Розпад кожного протона породжує зливу енергетичних електронів, позитронів, нейтрино та фотонів. Всі ці дочірні частки, крім нейтрино, поглинаються зіркою, і поглинена енергія підтримує високу температурузіркової речовини.
Точне значення температури зірки за доби протонного розпаду можна визначити так. Припустимо, що інтенсивність випромінювання зірки дорівнює кількості теплової енергії, що виділяється в одиницю часу при розпаді протонів. У цьому рівноважному стані температура залежить від маси зірки, площі поверхні, з якої випромінюється тепло, енергії спокою та часу життя протону.
Обчислення показують, що рівноважна температура становить 100 К для найпотужніших «мертвих» зірок (які, як це не парадоксально, мають найменші розміри) і приблизно 3 К для великих
розміру та менш масивних зірок.
Зірки охолонуть до рівноважної температури на той час, коли вік Всесвіту складе 10 20 років,
після цього їх температура залишатиметься приблизно постійною, доки більшість протонів не розпадеться. Вік Всесвіту на цей час досягне 10 30 років.
Інтенсивність випромінювання зірок буде відносно невисокою, але аж ніяк не нижчою за інтенсивність фонового випромінювання, пов'язаного з Великим вибухом. Температура, що відповідає фоновому випромінюванню, залежить від властивостей відкритого Всесвіту, що розширюється. Якщо щільність Всесвіту менша критичної, то на той час, коли її вік досягне 10 30 , ця температура зменшиться до 10 -20 До.
З іншого боку, якщо щільність точно дорівнює критичної, то Всесвіт буде розширюватися повільніше і температура, що відповідає фоновому випромінюванню, зменшиться до 10 -13 К. Таким чином, вона буде на 13 - 20 порядків нижче температури «мертвих» зірок.
- Шостийі останній етап в еволюції відкритого Всесвіту - це розпад чорних дірок. Як випливає з ейнштейнівської теорії гравітації, ніщо – ні речовина, ні випромінювання – не може вийти з чорної дірки. Існує кордон, звана «горизонтом подій», на якій швидкість, необхідна для уникнення чорної дірки, виявляється рівною швидкості світла.
Тому жодна частка, що знаходиться за обрієм подій, не може придбати швидкість, достатню для перетину цього кордону. Однак у 1974 р. С. Хокінс з Кембриджського університету (Англія) показав, що через закони квантової механіки чорна діра може віддати всю енергію, пов'язану з її масою, внаслідок чого вона зникне.
Хокінс показав, що інтенсивність випромінювання чорної діри обернено пропорційна квадрату її маси.
Спочатку ця інтенсивність невелика, але зі зменшенням маси чорної діри вона зростає. Звідси випливає, що всі чорні дірки мають зрештою зникнути, інакше кажучи, «випаровуватися».
На той час, коли вік Всесвіту досягне 10 100 років, усі надмасивні чорні дірки - результат колапсу галактик - випаруються. Ці процеси випаровування, особливо їх останні стадії, супроводжуватимуться дедалі більшою емісією фотонів. Таким чином, у віці 10 100 років Всесвіт складатиметься з вкрай розрідженого газу електронів і позитронів, нейтрино і фотонів малої енергії, випущених задовго до випаровування чорних дірок, а також численних сфер, що розширюються, що складаються з фотонів високої енергії, що народилися в процесі випаровування чорних дір. .
Замкнутий Всесвіт
Усі висловлені вище припущення відносяться до відкритого Всесвіту. Спробуємо заглянути в майбутнє Всесвіту, припустивши, що існує достатня кількість матерії, що не світиться, для того щоб сили гравітації зупинили розширення Всесвіту і привели до його стиснення.
Чим ближче середня щільність до критичного значення, тим довше фаза розширення замкнутого Всесвіту. Однак ми не знаємо таких причин, через які середня щільність була б досить близькою до критичної, щоб Всесвіт розширювався протягом часу, достатнього для розпаду більшої частини протонів.
Тому у фазі максимального розширення замкнутий Всесвіт, як і при розширенні відкритого Всесвіту, ймовірно, складатиметься з «мертвих» зірок, надмасивних чорних дірок - залишків галактик, а також нейтрино і фотонів малої енергії.
Основні події у фазі розширення замкнутого Всесвіту відбуваються в тій же послідовності, як і події при розширенні відкритого Всесвіту. (Колапс відкритого Всесвіту, зрозуміло, неможливий.) З вивченням колапсу пов'язані роботи кількох дослідників, включаючи М. Риса з Кембриджського університету (Англія).
У міру збільшення енергії фотонів при стисканні Всесвіту вони нагрівають «мертві» зірки, що призводить до їхнього швидкого «згоряння», вибуху або випаровування. У процесі зростання її густини чорні
дірки поглинають речовину і при зіткненні один з одним зливаються.
Можна розрахувати, що у Всесвіті, в якому на кожну галактику припадає по одній надмасивній
чорній дірі, «мертві» зірки поглинаються чорними дірками незабаром після того, як з них починає випаровуватися речовина. Всі чорні дірки зрештою зливаються в одну гігантську чорну дірку (колапс Всесвіту).
Що ж чекає на наш Всесвіт?
Що стосується майбутнього Всесвіту, для людини найважливішим, мабуть, є питання про майбутнє життя і розуму. Чи зможе розум постійно підтримувати умови, сприятливі для життя?
Декілька космологів, у тому числі Дайсон і С. Фраучі з Каліфорнійського технологічного інституту, в даний час роблять спроби аналізу шляхів енергозабезпечення життя в далекому майбутньому, а також проблем зв'язку при освоєнні цивілізацією дедалі більше віддалених областей космічного простору.
Дайсон вважає, що матеріальними носіями життя та свідомості зовсім не обов'язково мають бути
тільки клітини з їх ДНК. Істотною особливістю свідомості є певна складність структури, яка в принципі може бути реалізована в будь-якому «відповідному матеріалі». Тим самим він вважає, що ідея про мислячий комп'ютер або про хмару, що мислить, не може бути відкинута із загальних міркувань, як філософськи неприйнятна.
З урахуванням цих припущень, зміни космічного середовища, спричинені загибеллю або охолодженням зірок та їх випаровуванням з галактик, не обов'язково будуть руйнівними для систем, які можна вважати «живими» та «розумними».
Наприклад, енергію в принципі можна «добувати» з гравітаційного поля надмасивної чорної діри. Однак розпад протонів і нейтронів може призвести до фундаментальних змін, бо здається малоймовірним, що розум може бути заснований на системі з електронів та позитронів. Крім того,
якщо Всесвіт замкнутий, то умови, необхідні життя, можуть існувати лише певні періоди протягом кожного циклу.
У відкритому Всесвіті «кордону життя» інші. З випаровуванням чорних дірок настає космічна енергетична криза, оскільки в міру розширення Всесвіту частинки речовини, що залишилися, і фотони втрачають свою енергію. Будь-яка постійна швидкість споживання енергії довільними формами життя зрештою виявиться недостатньою.
З іншого боку, Дайсон вважає, що періоди «глибокого сну», під час яких енергія не споживається, можуть супроводжуватися періодами її споживання. Таким чином, для дуже довгого існування цивілізацій у відкритому Всесвіті потенційна можливість є.
Про Всесвіт ми знаємо поки що дуже мало. Насправді майже нічого. Але оскільки люди замислюються про те, що відбувається після їхньої смерті, смерть цілого Всесвіту цікавить нас не менше. За останні роки наукова спільнота висунула безліч теорій - ви здивуєтеся, дізнавшись, наскільки сильно вони відрізняються одна від одної. Правди, ясна річ, не може знати ніхто.
1. Великий стиск
Найвідоміша теорія про народження Всесвіту – це теорія Великого вибуху. Вона свідчить, що вся матерія спочатку існувала як сингулярність - нескінченно щільна точка серед великого ніщо. А потім із незрозумілих причин стався вибух. Матерія вирвалася назовні з неймовірною швидкістю і поступово стала відомою нам Всесвіту.
Як ви могли здогадатися, Великий стиск – це Великий вибух «навпаки». Всесвіт поступово розширюється під впливом власної гравітації, але цьому має бути межа - якась кінцева точка, межа. Коли Всесвіт досягне цього кордону, то перестане розширюватися і почне стискатися. Тоді вся матерія (планети, зірки, галактики, чорні дірки -все) знову стиснеться в одну нескінченно щільну точку.
Щоправда, останні дані цієї теорії суперечливі - вчені нещодавно виявили, що Всесвіт розширюється дедалі швидше.
2. Теплова смерть Всесвіту
Загалом і в цілому Теплова смерть - протилежність Великому стиску. Згідно з теорією, гравітація сприяє тому, що Всесвіт продовжить розширюватися в геометричній прогресії. Галактики будуть віддалятися від друга все далі і далі, подібно до нещасних коханців, і всеосяжна чорна прірва між ними зростатиме.
Всесвіт слідує тим самим правилам, що і будь-яка термодинамічна система: тепло рівномірно розподіляється по всьому, що в ньому є. Вся речовина Всесвіту рівномірно розподілена серед холодного, нудного та темного туману.
Зрештою всі зірки, одна за одною, спалахнуть і згаснуть, а енергії для появи нових зірок уже не буде – всесвіт згасне. Матерія все ще залишиться на місці, але у формі частинок, рух яких буде повністю хаотичним. Ці частинки стикаються один з одним, але без обміну енергією. А люди? Люди теж стануть лише частинками серед безмежної порожнечі.
3. Теплова смерть плюс чорні дірки
Відповідно до популярної теорії, вся матерія у Всесвіті рухається навколо чорних дірок: у центрі багатьох відомих нам галактик є надмасивні чорні дірки. Це може означати, що зірки і навіть цілі галактики в результаті будуть знищені, щойно потраплять у обрій подій.
Колись ці чорні дірки поглинуть велику частинуматерії, і ми залишимося віч-на-віч з темного Всесвіту. Іноді тут з'являтимуться спалахи світла - це означатиме, що якийсь об'єкт виявився досить близьким до чорної діри, щоб виділити енергію. Потім знову стане темно.
Потім масивніші чорні дірки поглинуть менш масивні і стануть таким чином ще більше. Але це ще не кінець Всесвіту: чорні дірки з часом випаровуються (втрачають свою масу), тому що випромінюють те, що в сучасній науці отримало назву випромінювання Хокінга. І коли помре остання чорна діра, у Всесвіті залишаться лише рівномірно розподілені частки з випромінюванням Хокінга.
4. Кінець часу
Якщо і є у цьому світі хоч щось вічне, то це, безперечно, час. Незалежно від того, чи буде існувати Всесвіт, час точно нікуди не зникне - без нього просто не було б ніякої можливості відрізнити попередній момент від наступного. Але що, якщо час просто застигне? Що, якщо того, що ми розуміємо під моментами, взагалі не буде? Все застигне в тому самому нескінченному миті - назавжди.
Припустимо, ми живемо у нескінченному Всесвіті з нескінченним часом. Це означає, що все, що може статися, обов'язково станеться із стовідсотковою ймовірністю. Такий самий феномен з'являється, якщо ви живете вічно. Уявіть, що час вашого життя необмежений, тому все, що тільки може статися з вами, теж обов'язково відбудеться, причому нескінченну кількість разів. Таким чином, якщо ви живете вічно, то шанс ненадовго вибути з ладу складає 100% і ви витратите вічність у темряві космосу. На підставі цього вчені зробили припущення: час зупиниться.
Якби ви могли жити вічно, щоб випробувати все це (через мільярди років після загибелі Землі), ви навіть ніколи й не зрозуміли б, щось пішло не так. Час просто зупиниться, і, на думку вчених, все застигне за мить, як на фотографії - назавжди. Буде просто одна й та сама мить. Ви б ніколи не померли, ніколи б не постаріли. Це було б свого роду псевдобеосмертя. Але ви ніколи про це не дізналися б.
5. Великий відскок
Великий відскок схожий на Великий стиск, але набагато оптимістичніший. Сценарій той самий: під впливом гравітації розширення Всесвіту сповільнюється, і в результаті вся матерія збирається в одній точці. Відповідно до цієї теорії, сили швидкого стиснення буде достатньо, щоб стався новий Великий вибух - і тоді з'явиться новий, юний Всесвіт. Згідно з цією моделлю, ніщо не загине – матерія просто «перерозподілиться».
Але фізикам та фізиці таке пояснення не подобається. Тому деякі вчені стверджують, що, можливо, Всесвіт не пройде весь шлях до сингулярності. Натомість вона наблизиться до цього стану максимально близько, а потім «відскочить» за допомогою сили, подібної до тієї, яка виникає, коли м'яч відскакує від підлоги.
Великий відскок дуже схожий на Великий вибух - теоретично з'явиться новий Всесвіт. Таким чином, наш з вами Всесвіт може бути не першим, а, скажімо, 400 за рахунком. Але немає жодного способу це довести – як і спростувати.
6. Великий розрив
Незалежно від того, як саме загине Всесвіт, вчені не соромляться для назви нової теорії використовувати слово «Великий». Це, до речі, ще слабо сказано. Згідно з теорією Великого розриву, невидима сила під назвою темна енергія змусить Всесвіт розширюватися швидше. У результаті вона так розженеться, що просто розірветься на частини.
Більшість теорій говорять, що Всесвіт загине ще дуже нескоро. Але теорія Великого розриву обіцяє їй швидку смерть - за попередніми оцінками це станеться через 16 млрд років.
Планети і, можливо, життя ще існуватимуть. І цей всесвітній катаклізм може разом все занапастити: розірвати все на частини або згодувати космічним левам, що живуть між всесвітами. Про те, що станеться, можна лише здогадуватись. Але такий кінець буде набагато страшнішим, ніж повільна теплова смерть.
7. Метастабільність вакууму
Теорія заснована на ідеї, що Всесвіт постійно перебуває в нестабільному стані - квантова фізика взагалі каже, що він балансує на межі стійкості. Деякі вчені вважають, що через мільярди років Всесвіт зробить крок за цю межу.
Коли це станеться, з'явиться свого роду «бульбашка». Думайте про нього, як про альтернативний Всесвіт (хоча фактично це буде той самий Всесвіт з іншими властивостями). Бульбашка почне розширюватися у всіх напрямках зі швидкістю світла і знищувати все, з чим стикнеться. І врешті-решт знищить все.
Але не хвилюйтеся: Всесвіт при цьому все ще існуватиме. Тільки закони фізики в ній будуть зовсім іншими, але там теж може виникнути життя. Тільки там не буде нічого, що ми, люди, зможемо зрозуміти.
8. Тимчасовий бар'єр
Якщо ми спробуємо розрахувати, яка ймовірність існування мультивсесвіту, в якій є нескінченна кількість всесвітів, але трохи (або зовсім) різних, то зіткнемося з тією ж проблемою, що і в теорії про кінець часу: все, що може статися, обов'язково станеться.
Щоб обійти цю проблему, вчені беруть окрему ділянку Всесвіту та обчислюють ймовірність його існування. Розрахунки здаються логічними, але ділять Всесвіт окремі шматки - як торт. І кожен шматок має межу, як у областей на політичній карті світу. Тільки треба уявити, що кожну країну поділяє стіна, що спрямовує в небо.
Ця модель може існувати тільки в тому випадку, якщо межі – справжні, фізичні, за межі яких ніщо не може вийти. Згідно з розрахунками, у найближчі 3,7 млрд років ми перетнемо цей тимчасовий бар'єр, і для нас всесвіт закінчиться.
Це загалом - розуміння фізики, щоб описати теорію більш детально, у нас не вистачає. У фізиків, щоправда, також. Але перспектива здається моторошною.
9. Кінця Всесвіту не буде! (…ми ж живемо у мультивсесвіті, так?)
У мультивсесвіті нескінченні всесвіти можуть виникати в межах всього існуючого або за його межами. Всесвіт може починатися з Великого вибуху. Наша може закінчитися Великим стиском або Великим розривом, або взагалі Великим стусаном (таку теорію ще не придумали, тому якщо у вас є знайомі фізики, можете підкинути їм ідею).
Але це не має значення: у мультивсесвіті наш Всесвіт - не унікальний випадок, він просто один із багатьох. І хоча вона може загинути, з мультивсесвітом при цьому нічого особливого не станеться. Отже, кінця не буде.
Незважаючи на те, що навіть сам час в інших всесвітах може бути зовсім іншим і поводитися по-іншому, нові всесвіти в мультивсесвіті з'являються весь час (вибачте за каламбур). Відповідно до фізики, нових всесвітів завжди буде більше, ніж старих, так що теоретично число всесвітів постійно зростає.
10. Вічний Всесвіт
Те, що Всесвіт завжди був і завжди буде - одна з перших розроблених людьми концепцій про її природу. Але є і щось серйозніше.
Можна припустити, що Великий вибух був початком часу. Але можливе й те, що час існувало до нього, а сингулярність і вибух могли виникнути через зіткнення двох бран - листоподібних структур простору, що формуються на вищому рівні існування. Відповідно до цієї моделі, Всесвіт циклічний і завжди розширюватиметься і стискатиметься.
Теоретично ми можемо дізнатися це напевно в найближчі 20 років. Вчені мають супутник «Планк» спеціально для спостережень за Всесвітом. Звичайно, це нелегко, але вчені все ж таки можуть зрозуміти, з чого почався наш Всесвіт і чим він закінчиться. Теоретично, знову ж таки.
Гіпотеза про те, що рано чи пізно Всесвіт перестане «розбігатися», і галактики знову полетять назустріч одна одній, здається, знайшла своє підтвердження. У такому разі, у нас залишилося не надто багато часу.
Існує думка, відповідно до якої, з самого моменту Великого Вибуху Всесвіт неухильно розширюється, і цей процес триватиме вічно. Відповідно до обчислень прихильників цієї гіпотези, вже через 150 мільярдів років Млений шлях піде настільки далеко від інших зоряних скупчень, що стане практично ізольованим островом в океані вічної темряви. Звичайно, землянам із цього приводу турбуватися не варто (все одно так довго людство в його нинішньому вигляді не протягне), але невиразне почуття образи таки турбувало душі вчених.
Тим не менш, результати двох досліджень, проведених вченими зі Стенфордського університету, схоже, спростовують гіпотезу Всесвіту, що вічно розширюється. На думку учасників дослідження, дуже скоро відцентрові процеси зміняться доцентровими, і через якихось 10-20 мільярдів років нащадки наших нащадків стануть свідками Великого Стиснення, тобто Великого розриву навпаки, коли весь світ почне стискатися в горошину розміром менше протона.
Непрямою підставою для цієї гіпотези стали міркування Ейнштейна, який запропонував існування в Космосі якоїсь «невидимої енергії», що протистоїть гравітаційним силам космічних тіл і таким чином підтримує статичність Всесвіту.
Після того, як у 20-х роках минулого століття астроном Хабл відкрив так зване «червоне зміщення» і довів, що Всесвіт розширюється, Ейнштейн виключив «космологічну константу» зі своїх рівнянь. Однак історія, можливо, підтвердила його інтуїтивну здогад.
У 1998 році дві незалежні групи дослідників, які займалися вивченням наднових зірок, з подивом виявили, що швидкість «втікання» наднових набагато вища за розрахункову. Мало того, що галактики справді розбігаються, так і їхнє прискорення постійно зростає.
Щоб пояснити цей феномен, астрономам довелося повернутися до ейнштейнівської «невидимої енергії», яку назвали «темною енергією».
Експерименти, пов'язані з дослідженням наднових, показали, що «темна енергія» - не така вже й рідкісна штука: імовірно, наш Всесвіт лише на 30% складається зі звичайної матерії, а частина, що залишилася, припадає на частку «темної енергії».
Поширена думка припускала, що загальна щільність «темної енергії» має бути більше нуля. Цілком логічний погляд на речі, чи не так? Тим не менш, побутовий здоровий глузд не цілком застосовний до світу квантової фізики, і в Останнім часомвчені переконалися, що з часом «темна енергія» може змінити свій знак з позитивного на негативний.
Тобто, якщо зараз «позитивна темна енергія» стимулює розширення Всесвіту, то «негативна темна енергія» почне грати на одному полі з гравітаційними силами, таким чином спровокує стрімке повернення галактик у точку, звідки і почався Великий Вибух. Найцікавіше полягає в тому, що процес стиснення повинен початися практично «ось-ось», оскільки людство, якщо вірити викладкам Андрія Лінде, (у минулому випускник МДУ, нині – професор фізики в Стенфорді) та його дружини Ренати Каллош, які стали авторами гіпотези, виникло не на початку, а якраз у середині життєвого циклу Всесвіту.
Втім, засмучуватися нема через що: у нас у запасі ще як мінімум десять мільярдів років, щоб ретельно обміркувати плани на майбутнє і підібрати собі будиночок надійніше. Тим більше, якщо вірити пану Лінді, наш Всесвіт – лише одна з багатьох бульбашок, і «наша частина Всесвіту може загинути, але в цілому Всесвіт безсмертний – він просто змінює свої властивості».
Однак Роберт Кодвелл, співробітник Дартмурського коледжу в Нью-Хемпширі, думає інакше.
Ґрунтуючись на останніх наукових даних та власних викладках, він висуває нову теорію. Згідно з нею, на наш Всесвіт чекає яскраве майбутнє. Надзвичайно яскраве.
Теорія Кодвела називається Теорія Великого Розриву.
Головна думка дуже проста: «Темна енергія» згодом ставатиме все сильнішою і, зрештою, розірве все, що є у світі «звичайної» цілісної матерії.
Кодвелл та його колеги з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені навіть вирахували, як відбуватиметься цей загальний «кінець світу».
Результати їх здивували: виходило, що в результаті приблизно через 22 мільярди років з цього моменту «темна енергія» розірве навіть атомні ядра – а це, як відомо, супроводжується потужним викидом енергії – «звичайної» енергії. Давайте на секунду уявімо, що кожен атом у Всесвіті розірвався.
Перед цим, звичайно, станеться багато чого іншого: наприклад нашій Галактиці (« Чумацького Шляху») Має бути спочивати в бозі за 60 мільйонів років до «кінця всео». За три місяці до апокаліпсису втратить цілісність Сонячна система. За півгодини до Великого розриву вибухне Земля.
Розпад атомних ядер відбудеться за 10-19 секунд до вибуху.
«Коли примарна енергія стане досить сильною, гравітаційна нестабільність перестане діяти, і Всесвіт стане однорідним. У результаті окремі частки виявляться ізольованими одна від одної...» - пише Кодвелл.
«Якщо хтось із гуманоїдів виживе, – каже інший прихильник ідеї Великого Розриву, британський астроном Мартін Різ, – вони зможуть бачити все, окрім останньої мілісекунди. Саме в цей момент космічне відштовхування перевищить еластичність наших тіл та розірве нас на частини. Це малоймовірно, але довести, що це не так, просто неможливо».
У зв'язку з майбутньою долею Всесвіту астрономи покладають великі надіїна зонд SNAP. Цей зонд зробить детальні виміри тисяч наднових для того, щоб з'ясувати, з якою саме швидкістю вони розлітаються геть, і, якщо пощастить, дізнатися, як поводиться «темна енергія».
Як пише New Scientist, більшість фізиків навряд чи підтримують теорію Кодвелла. Занадто багато нових теоретичних питань вона порушує – забагато «головного болю».
Наприклад, теорія гравітації Ейнштейна не пророкує існування свого роду дір у просторі-часі. Зазвичай вони виникають і зникають настільки швидко, що виявити їх виявляється неможливим.
Однак, у майбутньому сила «темної», або «примарної», енергії виявиться досить великою, щоб підтримувати їх протягом тривалого часу, а це може означати можливість подорожей у часі та всіх тих теорій, які фізики вважають украй незручними.
На відміну більшості фантастів.