Кінцева доля всесвіту. Як помре Всесвіт

Наука виділяє чотири основні шляхи, на яких Всесвіт може зустріти свою долю:

1. Велике Замерзання.
2. Великий Хрускіт.
3. Велика Зміна.
4. Великий розрив.

Перший натяк на можливий кінецьВсесвіт приходить до нас із термодинаміки, науки про тепло. Термодинаміка — це такий проповідник фізики з дикими очима, який тримає картонний транспарант із простим попередженням: «Теплова смерть прийде».

Незважаючи на свою назву, теплова смертьВсесвіту не є вогненним пеклом. Навпаки, це смерть усіх рівнів тепла. Звучить не дуже страшно, але теплова смерть — це гірше, ніж запектися до скоринки. Це тому, що майже все в повсякденному життівимагає певних різниць температур, прямо чи опосередковано. Коли Всесвіт досягне теплової смерті, скрізь буде одна температура. Це означає, що нічого цікавого більше ніколи не станеться. Всі зірки помруть, вся матерія розпадеться, все перетвориться на рідкісний бульйон із частинок та випромінювання. Навіть енергія цього бульйону буде зменшуватися з часом в результаті розширення Всесвіту, залишаючи все з температурою навряд чи вищим за абсолютного нуля.

У цьому процесі Великого Замерзання Всесвіт стане рівномірно холодним, мертвим і порожнім.

Після розробки теорії термодинаміки на початку 1800-х років теплова смерть виглядає як єдиним можливим шляхомкінця Всесвіту. Але через 100 років загальна теорія відносності Ейнштейна проголосила, що у Всесвіту може бути набагато цікавіша доля.

Загальна теорія відносності говорить, що матерія та енергія викривляють простір та час. Це відношення між простором-часом і матерією-енергією – між сценою та акторами на ній – поширюється на весь Всесвіт. Все, що є у Всесвіті, на думку Ейнштейна, визначає кінцеву долю самого Всесвіту.

Теорія передбачає, що Всесвіт загалом повинен або розширюватися, або стискатися. Вона може залишатися у колишньому розмірі. Ейнштейн зрозумів це у 1917 році і так не хотів це визнавати, що відмовився від своєї теорії.

Тоді в 1929 році американський астроном Едвін Хаббл виявив незаперечні докази того, що Всесвіт розширюється. Ейнштейн змінив свою думку, назвавши свою попередню наполегливість щодо статичного Всесвіту «найбільшою помилкою» своєї кар'єри.

Якщо Всесвіт розширюється, колись він мав бути меншим, ніж зараз. Розуміння цього призвело до появи теорії Великого Вибуху: ідеї про те, що Всесвіт почався з неймовірно малої точки і швидко розширився Ми можемо побачити це по «посвічінню» Великого Вибуху - як космічного мікрохвильового фону - постійного потоку радіохвиль, що йдуть з усіх напрямків у небі.

Виходить, доля Всесвіту залежить від дуже простого питання: чи буде Всесвіт розширюватись далі і як швидко?

Для Всесвіту, що містить звичайну «начинку» — матерію та світло, відповідь на запитання залежить від кількості цієї начинки. Більше начинки — це більше гравітації, яка стягує все назад і сповільнює розширення. Поки кількість начинки не перевищує критичний поріг, Всесвіт буде розширюватися вічно і зрештою помре тепловою смертю.

Але якщо начинки буде занадто багато, розширення Всесвіту сповільниться та зупиниться. Тоді Всесвіт почне стискатися. Всесвіт, що скорочується, ставатиме все менше і менше, щільніше і гарячіше, поки все не закінчиться в барвистому компактному пеклі, протилежному Великому Вибуху і відомому як Великий Стиснення.

Протягом більшої частини 20 століття астрофізики були впевнені, який із цих сценаріїв вплине. Велике Замерзання чи Великий Стиснення? Лід чи вогонь? Вони намагалися провести космічний перепис, підрахувавши кількість начинки у нашому Всесвіті. Виявилося, що ми до дивного перебуваємо до критичного порога, і наша доля залишається під питанням.

Наприкінці 20 століття все змінилося. У 1998 році дві суперники групи астрофізиків зробили неймовірну заяву: розширення всесвіту прискорюється.

Звичайна матерія та енергія не могли б вплинути на Всесвіт таким чином. Це стало першим свідченням існування нового фундаментального виглядуенергії, «темної енергії», поведінка якої є абсолютно загадковою для нас.

Темна енергія розштовхує Всесвіт убік. Ми поки не розуміємо, що це таке, але близько 70% енергії Всесвіту припадає на темну енергію, і це число зростає з кожним днем. Існування темної енергії означає, що кількість начинки у Всесвіті не визначає її кінцевої долі. Космосом керує темна енергія, вона прискорює розширення Всесвіту. Отже, сценарій Великого Стиснення малоймовірний.
Але це не означає, що і велике замерзання неминуче. Є й інші можливі наслідки.

Один із них стався не в процесі вивчення космосу, а зі світу субатомних частинок. Це, мабуть, найбільш дивна з можливих доль Всесвіту: щось фантастичне і ймовірне.

У класичному науково-фантастичному романі Курта Воннегута «Колиска для кішки», «лід-дев'ять» є нову формуводяного льоду з цікавими властивостями: він утворюється при температурі 46 градусів, а не 0. Якщо кристал льоду-дев'ять впустити в склянку з водою, вода навколо кристала набуде його форми, так як його енергія нижче, ніж у рідкої води. Нові кристали льоду-дев'ять будуть робити те ж саме з водою навколо себе, і миттєво ланцюгова реакціяперетворить всю воду на склянку — чи океанах Землі — на твердий лід-дев'ять.

Те ж саме може статися в реального життяз нормальним льодомта нормальною водою. Якщо ви наберете в дуже чисту склянку дуже чистої водиі охолодіть її нижче нуля градусів, вода стане переохолодженою: вона залишатиметься рідкою нижче природної точки замерзання. У воді немає жодних домішок, а в склянці немає нерівностей, щоб почала утворюватися крига. Але якщо ви впустите кристал льоду у воду, вода швидко замерзне, як лід-дев'ять.

Крига-дев'ять і переохолоджена вода можуть здатися мало пов'язаними з долею Всесвіту. Але щось схоже відбувається із самим простором. Квантова фізика свідчить, що навіть в абсолютному вакуумі є невелика кількість енергії. Але тоді має існувати інший тип вакууму, що містить менше енергії. Якщо це так, тоді весь Всесвіт схожий на склянку з переохолодженою водою. І залишатиметься такою, поки не з'явиться «бульбашка» вакууму з низькою енергією.

На щастя, ми не знаємо таких бульбашок. На жаль, квантова фізикастверджує, що якщо низькоенергетичний вакуум можливий, міхур з таким вакуумом неминуче з'явиться десь у Всесвіті. Коли це станеться, то подібно до історії з льодом-дев'ять новий вакуум «перетворює» старий вакуум навколо себе. Бульбашка зростатиме зі швидкістю світла, і ми ніколи не побачимо його наближення. Усередині міхура все буде зовсім іншим та явно не гостинним. Властивості фундаментальних частинокна кшталт електронів і кварків можуть бути зовсім іншими, що переписують правила хімії і, можливо, перешкоджають утворенню атомів. Люди, планети і навіть самі зірки можуть бути знищені в процесі цієї Великої Зміни. У роботі 1980 року фізики Сідні Коулман та Франк де Люччія назвали його «глобальною екологічною катастрофою».

Після Великої Зміни і темна енергія поводитиметься по-іншому. Замість того, щоб підштовхувати розширення Всесвіту, темна енергія може раптово згорнути Всесвіт сам у себе, змусивши його колапсувати у Великому Стисненні.
Є і четверта можливість, і знову чорна енергія займає центральне місце. Ця ідея дуже спірна та неймовірна, але не варто скидати її з рахунків. Темна енергія може бути набагато потужніша, ніж ми думаємо, і сама по собі привести Всесвіт до кінця без жодних Великих Змін, Замерзань та Стиснення.

Темна енергія має своєрідну властивість. Коли Всесвіт розширюється, його щільність залишається постійною. Це означає, що з часом вона розростається, щоб йти в ногу зі збільшенням обсягу Всесвіту. Це незвично, хоч і не порушує закони фізики.

Проте все може бути набагато дивнішим. Що, якщо густина темної енергії збільшується в міру розширення Всесвіту? Точніше, якщо кількість темної енергії у Всесвіті збільшується швидше, ніж розширюється сам Всесвіт?

Цю ідею висунув Роберт Колдуелл із Дартмутського коледжу в Ганновері, Нью-Гемпшир. Він назвав це "фантомною темною енергією". І вона приводить нас до неймовірно дивній доліВсесвіту.

Якщо фантомна темна енергія існує, тоді на нас чекає темна сторонасили, висловлюючись мовою Зоряних війн». Зараз щільність темної енергії надзвичайно низька, набагато нижча за щільність матерії на Землі або навіть щільність галактики Чумацький шляхяка набагато менш щільна, ніж Земля. Однак з часом щільність фантомної темної енергії може наростати та розривати Всесвіт на частини. У роботі 2003 року Колдуелл та його колеги представили сценарій під назвою «космічний кінець світу». Як тільки фантомна темна енергія стає більш щільною, ніж конкретний об'єкт, цей об'єкт розривається на шматки.

Спочатку фантомна темна енергія розірве Чумацький Шлях, відправивши його зірки у політ. Потім розірветься сонячна система, оскільки тяжіння темної енергії стане потужнішим, ніж тяжіння Сонця щодо Землі. Зрештою, за кілька хвилин Земля просто вибухне. Самі атоми почнуть розпадатися, і вже за секунду Всесвіт буде розірвано. Колдуелл називає це Великим Розривом. Великий Розрив, за визнанням самого Колдуелла, «дуже дивовижний» сценарій.

Фантомна темна енергія кидає виклик фундаментальним ідеям Всесвіту, як припущення про те, що матерія та енергія не можуть рухатися швидше швидкостісвітла. Це хороші аргументипроти Великого Розриву. Спостереження за розширенням Всесвіту, а також експерименти з фізикою частинок показують, що в якості кінця світу більш ймовірно Велике Замерзання, за яким послідує Велика Зміна, а потім і Великий Стиснення.

Але це досить похмурий портрет майбутнього — століття холодної порожнечі, які чекають на вакуумний розпад і фінальний вибух, що переходить у небуття. Чи є якийсь інший варіант? Чи ми приречені?

Очевидно, саме у нас немає причин переживати про кінець Всесвіту. Всі ці події відбудуться через трильйони років у майбутньому, за винятком хіба що Великої Зміни, тож поки що все йде за планом. Також немає причин турбуватися за людство. Якщо не станеться інше, генетичний розрив змінить наших нащадків до невпізнання задовго до цього. Однак чи зможуть розумні істоти будь-якого виду, чи люди ні, вижити в принципі?

Фізик Фрімен Дайсон з Інституту перспективних дослідженьу Прінстоні, Нью-Джерсі, розглянув це питання в класичній роботі 1979 року. У той час він дійшов висновку, що життя зможе змінити себе, щоб пережити Велике Замерзання, яке, як вважав фізик, буде менш проблемним, ніж пекло Великого Стиснення. Але в наші дні він менш оптимістичний завдяки відкриття темної енергії.

«Якщо Всесвіт прискорюється, це погані новини, - Каже Дайсон. Прискорене розширення означає, що ми зрештою втратимо контакт з усім, крім жменьки галактик, що різко обмежить кількість доступної нам енергії. - У довгостроковій перспективітака ситуація буде дуже сумною».

Проте стан речей може змінитися. «Ми насправді не знаємо, чи розширення буде продовжуватися і чому воно прискорюється, — каже Дайсон. — Оптимістичний погляд на речі полягає в тому, що прискорення сповільнюватиметься в міру розширення Всесвіту. Якщо це станеться, майбутнє буде сприятливішим».

Але що, якщо розширення не буде сповільнюватися або стане відомо, що буде Велика Зміна? Деякі фізики пропонують рішення, божевільне в принципі. Щоб уникнути кінця Всесвіту, ми маємо побудувати власний Всесвітв лабораторії і втекти до неї.

Один з фізиків, які працювали над цією ідеєю, це відомий Алан Гут з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі; він відомий своїми роботами на тему юного Всесвіту.
«Не можу сказати, що закони фізики припускаються можливості такого, — каже Гут. — Якщо це можливо, будуть потрібні технології, які виходять за межі всього, що ми можемо уявити. Це вимагатиме гігантської кількості енергії, яку ще потрібно буде видобути та утримати».

Перший крок, на думку Гута, полягає у створенні неймовірної щільної форми матерії – такої щільної, що вона буде на межі колапсу у чорну дірку. Якщо зробити це правильно, а потім швидко усунути матерію за межами цього згустку, можна отримати регіон простору, який почне швидко розширюватися.

По суті, ви провокуєте стрибок створення абсолютно нового Всесвіту. У міру розширення області простору, кордон скорочуватиметься, створюючи міхур викривленого просторуусередині чогось більшого. Фанатам «Доктора Хто» це може здатися знайомим, і, за словами Гута, TARDIS це досить точна аналогія того, про що йде мова. Зрештою, «зовні» стиснеться до нуля, і новонароджений Всесвіт почне власне існування, незалежне від долі попереднього Всесвіту. Очевидно, як ця схема спрацює насправді зовсім незрозуміло. Ми навіть не знаємо, можливо це чи ні.

Втім, Гут має інше джерело надії на найкращу долюдля нашого світу – проблиск надії. Гут першим припустив, що в юності Всесвіт розширився надзвичайно швидко за частку секунди, ця ідея відома як «інфляція». Багато космологів вважають, що інфляція є самим точним описомрозширення юного Всесвіту, і Гут пропонує створити новий Всесвіт, спираючись саме на цей процес швидкого розширення.

Інфляція має інтригуючі наслідки для кінцевої доліВсесвіту. Згідно з цією теорією, наш Всесвіт - це мала частина мультивсесвіту, безлічі кишенькових всесвітів, які плавають навколо.

«У такому разі, навіть якщо ми переконаємося, що наш окремий Всесвіт помре в процесі замерзання, мультивсесвіт житиме вічно, і нове життянароджуватиметься в кожному окремому кишеньковому Всесвіті, — каже Гут. — Мультивсесвіт воістину нескінченний, а в нескінченному майбутньому окремі Всесвіти можуть жити і вмирати скільки їм заманеться».

Загалом, нічого хорошого на нас не чекає.

Доля Всесвіту

«Доля істоти залежить від долі Всесвіту
Тому розумна істотаповинно
перейнятися історією Всесвіту
Необхідна така Найвища точказору»
К.Е.

Ціолковський.

Космологічні моделі приводять до висновку, що доля Всесвіту, що розширюється, залежить тільки від середньої щільності заповнюючої її речовини і від значення постійної Хаббла. Якщо середня щільністьдорівнює або нижче деякої критичної щільності, розширення Всесвіту триватиме вічно. Якщо щільність виявиться вище критичної, то розширення рано чи пізно зупиниться і зміниться стисненням. В цьому випадку Всесвіт звузиться до розмірів, які у нього були імовірно при виникненні, поступившись місцем явища, названому Великим стиском. Чому дорівнює ця таємнича критична щільність світу? Виявилося, що значення її визначається лише сучасним значенням постійної Хаббла і становить незначну величину - близько 10 -29 г/см 3 або 10 15 атомних одиницьмаси у кожному кубічному сантиметрі. За такої щільності грам речовини міститься в кубі зі стороною близько 40 тис. кілометрів! Визначити точно постійну Хаббла непросто. Галактики можуть мати досить високі випадкові швидкості (до 1000-2000 км/с), не пов'язані з космологічним розширенням. Щоб вирахувати постійну Хаббла, доводиться вимірювати червоні усунення не близьких, а достатньо далеких галактик, відстань до яких встановити дуже важко. за сучасним оцінкамНайбільш ймовірне значення постійної Хаббла лежить в інтервалі 60-80 км/(с·Мпк). Визначити зі спостережень справжню середню щільність матерії Всесвіту, виявляється, набагато складніше, ніж знайти постійну Хаббла і визначити критичну щільність. З астрономічних спостережень випливає, що середня щільність усієї видимої речовини - зірок, пилу і міжзоряного газу- не перевищує 10% критичної щільності. Однак крім спостережуваної речовини у Всесвіті, безумовно, є і загадкове невидиме, або темна речовина, що нічим не проявляє себе, крім гравітаційного поля. Виміряти щільність темної речовини – завдання надзвичайно складне. Багато теоретичних міркувань змушують думати, що щільність Всесвіту з урахуванням темної речовини повинна дорівнювати критичній або трохи нижче її. Це найважливіше космологічне питання досі залишається відкритим.

Основні моделі Всесвіту

Отже, перерахуємо основні моделі Всесвіту:

Модель де Сіттера: Модель Всесвіту, що розширюється, запропонована в 1917 році, в якій не існує речовини або випромінювання. Ця нереалістична гіпотеза мала, проте, історично важливе значення, оскільки в ній вперше висувалась ідея про розширюється, а не статичний Всесвіт.

Модель Леметра: Модель всесвіту, яка починається з Великого вибуху, який потім змінюється статичною фазою і подальшим нескінченним розширенням. Модель названа на ім'я Дж. Леметра (1894-1966), який в 1927 опублікував роботу з розширення Всесвіту. Він першим запропонував розглядати процес розширення Всесвіту від стану "первинного атома", тоді як Ейнштейн все ще був прихильником теорії статичного Всесвіту.

Модель Мілна: Модель Всесвіту, що розширюється, без використання загальної теоріївідносності, запропонована в 1948 Едвардом Мілном (Edward Milne). Це розширюється, ізотропний і однорідний Всесвіт. не містить речовини. Вона має негативну кривизну і незамкнута.

Модель Фрідмана: Модель Всесвіту, який може колапсувати всередину себе. У 1922 р. радянський математик А. А. Фрідман (Alexander Friedmann, 1888-1925), аналізуючи Альберта Ейнштейна, дійшов висновку, що Всесвіт неспроможна перебувати у стаціонарному стані - вона має або розширюватися, або пульсувати. Спочатку ця робота (1922 і 1924 рр.) була повністю проігнорована, але пізніше на неї звернули увагу у зв'язку з моделлю Всесвіту Леметра. Всесвіт Фрідмана може бути замкненим, якщо щільність речовини в ній досить велика, щоб зупинити розширення. Цей факт призвів до пошуку так званої нестачі маси. Надалі висновки Фрідмана отримали підтвердження у астрономічних спостереженнях, що виявили у спектрах галактик так зване червоне зміщення спектральних ліній, що відповідає взаємному видаленню цих зіркових систем.

Модель Ейнштейна-де Сіттера: Найпростіша із сучасних космологічних моделей, У якій Всесвіт має нульовий тиск, нульову кривизну (тобто. плоску геометрію) і нескінченну протяжність, та її розширення не обмежена у просторі й у часі. Запропонована в 1932 р., ця модель є окремим випадком (при нульовій кривизні) більш загального всесвіту Фрідмана.

Всесвіт розширюється

Отже - Всесвіт розширюється!До цього висновку дійшов американський астроном Едвін Хаббл, який повторив експерименти попередників на значно більшому спостережному матеріалі. У 1929 році він повідомив, що не тільки встановив систематичне червоне зміщення спектральних ліній галактик, але й визначив закон, за яким швидкість видалення галактик від нас зростає зі збільшенням відстані. Тим самим було доведено, що у світі галактик існує свій Гольфстрім, який розносить їх космічним простором. Але чому цей факт означає нестаціонарність Всесвіту? Відповідь на це питання передбачає два рівні занурення в суть проблеми, що розглядається. Перший - найбільш "простий", ґрунтується на сучасних уявленняхпро природу тяжіння, простору та часу. Другий - більш складний, зачіпає першопричини нестаціонарності Всесвіту, скоріше відповідаючи на питання не стільки, скільки чому взагалі Всесвіт розширюється. Обидва ці рівні принципово важливі для розуміння проблеми, що сягає своїм корінням до філософських поглядів Аристо́теля, Птолемея, , Лейбніца і . Щодо астрономії передбачення сучасної фізики гранично лаконічні - у масштабах у десятки і сотні мегапарсек лише одна з відомих у природі взаємодій - гравітаційна - може визначати характер руху небесних тілв космічному просторі. Більше того, слідуючи передбаченням ОТО, можна стверджувати, що саме гравітація матерії призводить до викривлення простору та часу, на тлі якого "пробні частинки" - галактики рухаються за інерцією, своїми траєкторіями лише окреслюючи відхилення властивостей простору та часу від властивостей абсолютного ньютонівського простору. Той факт, що галактики розбігаються, означає, що змінюються властивості просторово-часового континууму, йде процес його розширення, що проявляється в хабловому потоці галактик. Більш того, на підтвердження цієї тези можна вибрати як позначки кривизни і розширення простору-часу не тільки галактики, але і їх скупчення - гігантські комплекси, що налічують від декількох до десятків тисяч галактик. Ці скупчення як ціле рухаються в хаббловском потоці з тим самим законом збільшення швидкості у міру збільшення відстані до них - розширення Всесвіту проявляє себе однаковим чином для будь-яких "пробних частинок", незалежно від їхньої маси!

Шановні відвідувачі!

Займає доля Всесвіту. Дуже цікавим є питання, що буде далі з Всесвітом. Як виглядатиме Всесвіт через мільйони років. Із цього приводу існує безліч думок. Розглянемо у цій статті кілька тих, які виглядають найбільш достовірно з погляду сучасної науці.

Як один з варіантів кінцевої стадії розвитку Всесвіту висловлюється припущення про теплової смерті. Всесвіт, продовжуючи розширяться, продовжуватиме остигати. З часом усі зірки згаснуть, завершивши своє існування у вигляді білих карликів, нейтронних зірок та чорних дірок. Вся запасена у Всесвіті енергія зрештою перейде в теплову. Усі процеси у Всесвіті припиняться. У цей момент Всесвіт стане практично темним. Все це відбудеться приблизно через 10 у 100 ступеня років.

Незважаючи на всю похмурість, виникнення і підтримання життя в такому Всесвіті все ще можливе. Щоправда, лише на невеликий час. Справа в тому, що в умовах теплової рівноваги можлива поява так званої Больцманівської флуктуації. Це невеликий (у масштабах Всесвіту) шматочок простору, де ця теплова рівновага порушена. У цій самій флуктуації йдуть процеси як у нашому Всесвіті. У ній можливе виникнення та підтримання життя.

Теорія флуктуації настільки привабила уми вчених, що існують навіть роботи, в яких наш світ описується як флуктуація у вже померлому Всесвіті. Таким чином деякі припускають, що теплова смерть вже сталася. Все що ми бачимо навколо себе, це лише флуктуація енергії та залишки “колишньої величі”. Згідно з такою думкою, далекі Галактики вже охолонули, і ми бачимо лише світло від них, яке летить до нас мільйони років. Наше Сонце та ще деякі зірки є лише крихітні флуктуації. Таку думку не можна назвати суворо науковою, оскільки вона має велика кількістьпротиріч. Однак воно досить популярне, і тому ми вирішили викласти його тут.

Сучасна теорія прискореного розширення Всесвітувносить деякі додаткові міркування. Так, завдяки розширенню більшість зараз видимих ​​Галактикбудуть так далеко, що стануть невидимими. Це почне відбуватися ще довго до теплової смерті Всесвіту. Більшість планетарних систем можуть виявитися зруйнованими. Надалі, вже з настанням теплової смерті, розширяться окремі зірки, планети і чорні дірки. У такому Всесвіті неможливі жодні процеси, у тому числі виникнення життя.

Ще нещодавно існувала ще одна модель, в якій розширення Всесвіту в якийсь момент зміниться стисненням. У цій моделі еволюція Всесвіту ніби розгортається в зворотний бік. Усе космічні об'єктипочинають поступово зближуватися і після приблизно 10 в 14 ступеня років Всесвіт зхлопнетьсяу щось, з якого колись утворилася. Проте останні виміри показали, що такий розвиток ситуації неможливий. Маси речовини у Всесвіті недостатньо щоб протистояти її прискореному розширенню, яке відбувається зараз.

Варто зауважити, що всі зміни у Всесвіті відбуваються досить повільно. Так, швидше за все, через 1 мільярд років Всесвіт зміниться так незначно, що ми цього не помітимо або майже не помітимо. Перші значні зміни можуть бути лише через кілька мільярдів років. Тоді частина Галактик, помітних у телескоп, почнуть пропадати або стає тьмянішою. Хоча і це справедливо із застереженням на те, що існуюча теоріягравітація вірна на таких масштабах. Можливо виявляться нові ефекти, здатні по-новому поглянути на долю Всесвіту.

Найбільше у Всесвіті нас дивує те, як мало ми про неї знаємо. І так само, як ми хочемо знати, що відбувається з нашою смертю, наука ставить питання про те, що відбувається в кінці Всесвіту. Наукова спільнотасправило багато теорій - і деякі справді вражають.

Великий стиск

Найбільш переконлива теорія про те, як почався Всесвіт - це Великий Вибух, коли вся матерія спочатку була у вигляді сингулярності, нескінченно щільної точки в безодні з нічого. Тому щось спричинило вибух. Матерія розширилася з неймовірною швидкістю і зрештою сформувала Всесвіт, який ми бачимо сьогодні.

Великий Стиснення, як ви можете здогадатися, це протилежність Великому Вибуху. Вся матерія розширюється назовні до країв Всесвіту під впливом гравітації нашого всесвіту. Відповідно до цієї теорії, гравітація зрештою сповільниться і почне скорочуватися. Це скорочення поверне всю матерію (планети, зірки, галактики, чорні дірки – все) назад у центр, з якого все почалося, та стисне у сингулярність. Ми опинимося в тих же умовах, в яких був всесвіт до Великого Вибуху - вся матерія всесвіту стиснеться в нескінченно малу точку - інфінітезималь.

Однак навряд чи це станеться, якщо вірити тим знанням, які у нас зараз є, оскільки Всесвіт розширюється дедалі швидшими темпами.

Неминуча теплова смерть Всесвіту

Думайте про теплову смерть як про щось, протилежне Великому Стиснення. Гравітація не зможе подолати розширення, тому всесвіт просто розширюватиметься в геометричній прогресії. Галактики будуть віддалятися одна від одної як нещасні коханці, і ніч між ними буде все ширша і ширша.

Всесвіт живе за тими ж правилами, що й будь-який термодинамічна система, і всі вони зрештою закінчать однаково: коли тепло рівномірно розподілиться. Грубо кажучи, вітер рознесе тепло по всьому Всесвіту, і він стане холодним, темним і нудним. Всі зірки, які ми знаємо, потьмяніють одна за одною, і одного разу не вистачить енергії запалити нові. Весь всесвіт згасне. Матерія буде, але у формі частинок, і їхній рух буде зовсім випадково. Всесвіт буде в стані рівноваги, і ці частинки відскакуватимуть одна від одної, не обмінюючись енергією. Ми залишимося «зім'ятим недопалком, плювком, у тіні під лавкою, куди кут проникнути променю не дасть. І стежимо в обнімку з брудом, рахуючи дні, в перегній, осад, культурний пласт».

Теплова смерть через чорні діри

Згідно популярної теорії, більшість матерії у всесвіті паморочиться навколо чорних дір. Достатньо поглянути на галактики, в яких вміщується майже все, та надмасивні чорні дірки у їхніх центрах. Чорні діри з'їдають зірки та цілі галактики, які перетинають обрій подій.

У кінцевому всесвіті ці чорні дірки зрештою поглинуть більшу частинуматерії і ми залишимося наодинці з темного всесвіту. Іноді буде спалах світла, майже як блискавка, коли об'єкт підійде досить близько до чорної дірки, щоб випустити енергію, і знову все зануриться у темряву. Зрештою залишаться лише гравітаційні колодязі у ніде. Масивні чорні дірки поглинуть менші та стануть ще більшими. Таким буде фінальний стан всесвіту. Згодом чорні дірки випаровуються (втрачають свою масу), випромінюючи так зване випромінювання Хокінга. Тому коли помре остання чорна діра, ми залишимося з рівномірно розподіленими субатомними частинками випромінювання Хокінга.

Кінець часу

Якщо є щось вічне, то це час. Незалежно, існує всесвіт чи ні, час йдесвоєю чергою. В іншому випадку не було б жодної можливості відрізнити один момент від наступного (хоча є теорія, що час - це лише послідовність подій). Але що, якщо час просто застигне? Що якщо не буде більше моментів? Просто одна й та сама хвилина в часі, назавжди.

Припустимо, що ми живемо у Всесвіті, коли ніколи не закінчиться. З нескінченною кількістю часу все, що може статися, станеться зі 100-відсотковою ймовірністю (згідно з теорією Пуанкаре). Цей же парадокс відбудеться, якщо ви житимете вічно. Ви живете нескінченний час, тому будь-яка подія станеться гарантовано (і станеться нескінченна кількість разів). Тому, якщо ви житимете вічно, шанс того, що ви застигнете у часі, 100-відсотковий. Оскільки це припущення сплутало безліч розрахунків, які намагалися передбачити кінець нашого всесвіту, вчені припустили ще щось: саме час має одного разу зупинитися.

Допустимо, ви будете живі, щоб це випробувати (мільярди років після кінця Землі), але ви не зможете зрозуміти, що щось пішло не так. Час просто зупиниться і все змерзне, як знімок, як зліпок, назавжди. Але й назавжди це не буде, бо час просто не рухатиметься вперед. Це буде просто один момент. Ви ніколи не помрете і не постарієте. Це свого роду псевдобессмертіе, але ви про це ніколи не дізнаєтеся.

Великий Відскок

Великий Відскок схожий на Великий Стиснення, але набагато оптимістичніший. Уявіть собі той самий сценарій: гравітація уповільнює розширення Всесвіту і все конденсує в одній точці. Згідно з теорією, цього стиснення може бути достатньо, щоб почати ще один вибух, і всесвіт почнеться знову. Ніщо не знищиться, але перерозподілиться.

Фізикам не подобається це пояснення, тому деякі вчені вважають, що всесвіт просто не повернеться назад до сингулярності. Швидше вона дуже близько наблизиться до цього стану і відскочить, подібно до того, як м'яч відскакує від підлоги. Великий Відскок у цьому плані дуже схожий на Великий Вибух і теоретично може породити новий всесвіт. У цьому циклі, що коливається, наш всесвіт може стати першим всесвітом у серії або чотирисотою. Ніхто не дізнається про це.

Великий розрив

Незалежно від того, як саме закінчиться все, що існує, вченим потрібно використовувати слово «великий», щоб описати цей кінець. Відповідно до цієї теорії, невидима сила під назвою «темна енергія», прискорює розширення всесвіту, що спостерігається. Зрештою розширення настільки прискориться, як «Ентерпрайз» із варп-фактором дев'ять, що всесвіту не залишиться нічого, окрім як розірватися в ніщо.

Найстрашніша частина цієї теорії в тому, що хоча більшість цих сценаріїв трапляються після того, як згоряють зірки, Великий Розрив має відбутися, за ранніми оцінками, через 16 мільярдів років. На цій стадії Всесвіт, планети та теоретично життя ще існуватимуть. Цей катаклізм може спалити її живцем, відірвати від усього сущого та згодувати космічним левам, які живуть між всесвітами. Невідомо, що буде. Але ця смерть явно жорстокіша, ніж повільна теплова смерть.

Подія вакуумної метастабільності

Ця теорія залежить від ідеї те, що Всесвіт існує у принципово нестабільному стані. Якщо ви подивіться на значення квантових частинок, неважко здогадатися, чому деякі вважають, що наш Всесвіт балансує на межі стійкості. Деякі вчені припускають, що через мільярди років Всесвіт просто впаде з цієї межі. Коли це станеться, в якийсь момент часу у всесвіті з'явиться міхур. Ця бульбашка розширюватиметься у всіх напрямках зі швидкістю світла і знищить усе, до чого торкнеться. Зрештою ця бульбашка знищить все у Всесвіті.

Але не переживайте: всесвіт все ще буде там. Закони фізики будуть іншими, а можливо – й інше життя. Але у всесвіті не буде нічого, чого ми не змогли б зрозуміти.

Тимчасовий бар'єр

Якщо ми спробуємо обчислити ймовірності в мультивсесвіті (у якому є нескінченне числоми повернемося до проблеми, озвученої вище: все може статися зі 100-відсотковою ймовірністю. Щоб обійти цю проблему, вчені просто беруть ділянку Всесвіту та розраховують ймовірності для неї. Це працює, але межі, які вони окреслюють, неминуче відрізають ділянку решти світу.

Оскільки закони фізики не мають сенсу в нескінченного всесвіту, єдиний висновок, який можна зробити, це те, що існує фізична межа, межа, за яку вийти не можна. І якщо вірити фізикам, у наступні 3,7 мільярда років ми перетнемо цей тимчасовий бар'єр, і для нас всесвіт закінчиться. Хоча набагато ймовірніше те, що ми просто не можемо зрозуміти і описати цей принцип із нашою фізичною термінологією.

Цього не буде (оскільки ми живемо у мультивсесвіті)

За сценарієм мультивсесвіту з нескінченною кількістю всесвітів ці всесвіти можуть виникати навіть у процесі нашого існування. Вони могли почати виникати навіть з Великим Вибухом. Один всесвіт закінчить Великим Стисненням, інший тепловою смертю, третій Великим Розривом і так далі. Але це неважливо: у мультивсесвіті наш всесвіт - лише одна з безлічі інших. І навіть якщо наш світ розсипеться веселкою в порожнечі між всесвітами, великий «всесвіт» залишиться. І оскільки в ній буде інший всесвіт і існування, і життя, нам нічого не загрожує.

Кількість нових всесвітів завжди буде більшою, ніж старих, тому теоретично число всесвітів збільшується.

Вічний всесвіт

Довгий час вважалося, що Всесвіт був, є і завжди буде. Це одна з перших концепцій, які створили люди про природу Всесвіту, однак у Останнім часомця теорія отримала новий поштовх, вже серйозно підкріплений з погляду фізики.

Так ось, не з сингулярності Великого Вибуху почався відлік часу, час міг існувати й раніше (за нескінченність до цього), а сингулярність та результуючий вибух могли стати наслідком зіткнення двох бран (структур простору-часу більше) високого рівнябуття). У цій моделі Всесвіт циклічний і продовжуватиме розширюватися і стискатиметься завжди.

Ми, до речі, можемо з'ясувати це у найближчі 20 років – у нас є супутник Планк, який досліджував космос у пошуках патернів мікрохвильового фону, які підкажуть нам щось про походження Всесвіту. Це довгий процес, але він надасть нам знання про те, з чого почався наш Всесвіт, а можливо підкаже, чим він закінчиться.

Майбутнє Всесвіту - одне з основних питань космології, відповідь на яке залежить, в першу чергу, від таких характеристик і властивостей Всесвіту, як його маса, енергія, середня щільність, а також швидкість розширення.

Що ми знаємо про Всесвіт?

Для початку слід визначити саме поняття «Всесвіт», яке має бути як в астрономії, так і філософії. В області астрономії Всесвіту називають Метагалактикою або просто астрономічного Всесвіту. Однак, з теоретичної точки зору, яка враховується більшістю моделей і сценаріїв розвитку Всесвіту, вона є колосальною системою, що виходить за межі можливого спостереження.

Одним з найважливіших властивостейВсесвіту, яке було відкрито відносно недавно – це практично однорідне та ізотропне розширення, яке також виявилося прискореним. Залежно від тривалості цього розширення історія Всесвіту може прийняти один із двох передбачуваних сценаріїв.

У першому випадку розширення буде продовжуватися до нескінченності, водночас середня щільність речовини у Всесвіті стрімко падатиме, наближаючись до нуля. Коротко кажучи, вся почнеться з розпаду скупчень галактик, а закінчиться поділом протона на кварки.

Другий сценарій враховує постулати загальної теорії відносності (ОТО), яка говорить про те, що при значному зростанні щільності речовини викривляється простір-час. Якщо розширення все ж таки почне сповільнюватися, то найімовірніше в якийсь момент воно обернеться стисненням. Тоді Всесвіт почне стискатися, а середня щільність її речовини – стрімко зростатиме. При такому ході подій, згідно з ОТО, простір-час поступово викривлятиметься до тих пір, поки Всесвіт не замкнеться сам на собі, на зразок поверхні звичайної сфери, але з великою кількістювимірів, чим ми звикли собі уявляти.

Космологічні епохи Всесвіту

У спробах передбачити подальшу долюастрономічного Всесвіту, вчені розділили його існування на такі етапи:

Незважаючи на те, що речовина Всесвіту поступово анігілює, сам простір може еволюціонувати за чотирма гіпотетичними сценаріями:

1. Якщо згодом розширення Всесвіту сповільниться, а потім обернеться в стиск, то кінцевим етапом її життя стане Великий стиск. Внаслідок чого вся речовина колапсує і повернеться у початковий стан – сингулярність.
2. Інший сценарій - середня щільність речовини Всесвіту точно визначена і є такою, що розширення поступово сповільнюється.
3. Найбільш ймовірна, з сучасних результатів спостережень, модель. Має на увазі рівномірне розширення Всесвіту, за інерцією.
4. Стрімке зростання швидкості розширення Всесвіту, яке приведе наш світ до так званого .