Podíl:
10 Bizarní reality života na konci vesmíru
Náš vesmír zemře, nepochybuji o tom. Jedním z nejvíce přijatých modelů konce vesmíru je věčná expanze a případná smrt entropií. Jak se vesmír nadále rozšiřuje, entropie se zvyšuje, dokud vše, co víme, je pryč. Ale co vypadá život, když se blíží konec? Tato otázka vyvolala fascinující představy o vesmíru a samotném životě.
10 Žádné hvězdy viditelné ze Země
Za 150 miliard let bude noční obloha ze Země vypadat velmi odlišně. Vzhledem k tomu, že vesmír přechází na svou smrtelnou teplo, samotný prostor se začne rozvíjet rychleji než rychlost světla. Mnozí z nás si uvědomují myšlenku, že rychlost světla je tvrdá hranice rychlosti objektu ve vesmíru. To se však vztahuje pouze na objekty, které jsou ve vesmíru, nikoliv na samotnou strukturu časoprostoru. Je to těžký koncept, který obklopuje naši mysl, ale tkanina vesmírného času se již rozšiřuje rychleji než světlo. A v daleké budoucnosti to bude mít zvláštní důsledky.
Jelikož samotný prostor expanduje rychleji než světlo, existuje kosmologický horizont. Jakýkoli objekt kolem obzoru by vyžadoval, abychom měli schopnost pozorovat a zaznamenávat detekcí částic cestujících rychleji než světlo. Ale žádná taková částicka neexistuje. Jakmile objekty projdou za náš kosmologický obzor, jsou pro nás nepřístupné. Jakýkoli pokus o kontaktování nebo interakci se vzdálenými galaxiemi kolem horizontu vyžaduje, abychom měli technologii schopnou rychlejšího cestování než rozšíření samotného prostoru. Právě teď máme jen pár věcí mimo náš kosmologický horizont. Ale jelikož tmavá energie zrychluje expanzi, všechno bude přesahovat tento pozorovací limit.
Co to znamená pro Zemi? Představte si, že ve 150 miliard let hledáte noční oblohu. Jediné viditelné věci budou několik rozptýlených hvězd, které jsou v kosmologickém horizontu. Nakonec i ty budou pryč. Noční obloha bude úplně prázdná. Astronom v budoucnu nebude mít žádný důkaz o tom, že ve vesmíru existuje nějaký jiný objekt. Všechny hvězdy a galaxie, které nyní vidíme, budou úplně mimo dosah dalekohledu. Ze všeho, co bychom mohli vidět, naše sluneční soustava by byla jediná věc, která zůstala v našem vesmíru.
9 Naše Slunce se stává černým trpaslíkem
Právě teď má náš vesmír mnoho různých druhů hvězd. Červené trpasličí hvězdy, které vydávají červené světlo, patří mezi nejběžnější. S vesmírně vyplňují i sémanticky příbuzní bílí trpaslíci. Jedná se o hvězdné pozůstatky mrtvých hvězd, vyrobené z degenerované hmoty, které jsou drženy společně kvantovými účinky. Astronomové v současné době považují bílé trpaslíky za v podstatě nekonečné životnosti. Vesmír není prostě dost starý, aby zanikl. Ale vzhledem k dostatečnému času dokonce zemřou a stanou se exotickými hvězdami označovanými jako černí trpaslíci.
Naše Slunce je na této cestě. Ve vzdálené budoucnosti naše Slunce vysune své vnější vrstvy a změní se v bílá trpasličí hvězda, která zůstane v tomto státě již miliardy let. Vzhledem k tomu, že vesmír klesne, začne bílé trpaslík, které je naše Slunce, vychladnout. Po 10 letech bude ochlazovat, dokud se její teplota nebude rovnat mikrovlnnému záření pozadí, jen o několik stupňů Kelvina nad absolutní nulou.
Když se to stane, bude to černé trpaslík. Protože tento typ hvězdy je tak chladný, je pro lidské oko neviditelný. Takže každý, kdo se pokusí najít Slunce, které nám dává život, bude s optickými systémy nemožné vidět. Místo toho se budou muset spolehnout na zjišťování gravitačních efektů. Většina hvězd, které vidíme na noční obloze, se stane černými trpaslíky, ale vědomí toho, že naše teplé Slunce přejde do tmavého a studeného hvězdného pozůstatku, je trochu osobnější.
8 Podivné hvězdy
V době, kdy se naše Slunce stane černým trpaslíkem, hvězdná evoluce skončí. Žádné nové hvězdy nebudou tvořit. Místo toho se vesmír naplní studenými zbytky hvězd. To umožní vesmíru začít rozvíjet některé zvláštní hvězdy, které jsou zcela odlišné od toho, co víme.
Jedna je zmrzlá hvězda. Jakmile hvězdy vesmíru spálí jadernou palivou, zvýší svou metaličnost. V astronomii se jedná o míru prvků v hvězdách, které jsou těžší než hélium - v podstatě všechny prvky z lithia na. Jak se koválnost hvězd zvýší, ochladí se, protože těžší prvky uvolňují méně energie z tavení. Nakonec hvězdy budou tak studené, že budou mít teplotu 273 Kelvinů, což je bod tuhnutí vody.
Skočím dopředu k daleko vzdálené budoucnosti, objeví se dokonce ještě větší hvězdná hvězda. Přibližně 10 let v budoucnu bude mít entropie cestu a vesmír bude v podstatě mrtvý. V tomto chladném čase budou kvantové efekty vládnout vesmíru.
Kvantové tunelování pak začne dovolovat lehké prvky, aby se spojily do nestabilní formy železa. To se pak rozpadne na stabilnější izotop, čímž se uvolní slabé množství energie. Tyto takzvané železné hvězdy budou v té době jedinou formou hvězdy. Nicméně, vyskytují se pouze u modelů, kde astronomové nevěří, že se protony rozpadnou, takže nejsou hlavní myšlenkou.
7 Všechny nukleony se rozpadají
Rychle vpřed od 10 let po Velkém třesku na 10 let. Pokud lidská rasa od té doby není mrtvá, jistě nebudeme tuto dobu přežít. Jak bylo uvedeno výše, astronomové neustále argumentují o tom, zda na konci vesmíru dojde k protonovému úpadku. Pro naše účely se budeme řídit tímto modelem.
Nukleony jsou jména, která jsou dána částicím - protonům a neutronům - uvnitř atomového jádra. Volné neutrony jsou známy rozpadem s poločasem rozpadu asi 10 minut. Ale protony jsou neuvěřitelně stabilní. Nikdo nezaznamenal důkaz, že se rozpadají. To se změní na konci vesmíru.
Fyzici navrhli, aby proton měl poločas rozpadu 10 let. Nepozorovali jsme je, že se zničí jen proto, že vesmír není dost starý. Při vstupu do Degenerované éry (10 let až 10 let) se protony nakonec začnou rozpadat na pozitrony a piony. Na konci degenerované éry budou všechny protony a neutrony ve vesmíru pryč.
To má zřejmé důsledky pro život ve vesmíru. Za předpokladu, že lidská rasa přežila změnu Slunce a přemístila do vesmírů, které více podporují život, je to bod, kdy zákony fyziky diktují smrt lidské rasy. Naše těla a všechny mezihvězdné objekty jsou vyrobeny z nukleonů. Když tyto rozklady, všechen život, jak to víme, skončí, protože nemohou existovat samotné atomy v našem těle. Život nemůže přežít za tímto bodem a vesmír se ponoří do éry černých děr.
6 černých děr dominuje vesmír
Když jsou nukleony pryč, černé díry konečně ovládnou vesmír 10 let po Velkém třesku na 10 let. V tomto okamžiku mluvíme o tak dlouhých dobách, že je nemožné, aby naše mysli obklopily je. Ale po delší dobu než vesmír existoval zatím, jedinou strukturou, o které mluvíme, budou černé díry.
S nukleony pryč, hlavní subatomové částice budou leptons, jako jsou elektrony a pozitrony. To je to, co čerpá černé díry. Když spotřebovávají zbývající hmota ve vesmíru, černé díry vyzařují částice samy o sobě, čímž vesmír doplní fotony a hypotetické gravitony. Jak dokázal Steven Hawking, dokonce i černé díry skončí.
Podle Hawkinga se černé díry odpařují kvůli jejich záření. Jak stále vyzařují, ztrácejí hmotu ve formě energie. Tento proces trvá dlouhou dobu, a proto se nám to zdá být cizí. Celé odpaření černých děr trvá 10 let, takže tento proces nedošlo během života našeho vesmíru. Ale nakonec i černé díry zmizí. Jejich jedinými pozůstatky budou různé bezhmotné částice a několik rozptýlených leptonů, které se budou vzájemně ovlivňovat, jakmile pomalu začnou ztrácet svoji energii.
5 Formy nového typu Atom
Poté, co se náš vesmír změnil na několik rozptýlených subatomických částic, zdá se, že o tom již nebude moc mluvit. Život se však může objevit v těch nejnepravděpodobnějších místech.
Vědci o částice už léta hovořili o pozitronu, atomovém vazbě pozitronu a elektronu. Tyto dvě částice jsou navzájem protilehlé. (Pozitron je antičástice elektronu.) To znamená, že budou elektromagneticky přitahovány, když se pokoušejí pohybovat se k sobě navzájem. Když se pár těchto částic začne vzájemně ovlivňovat, mohou rozvinout rudimentární orbity a chovat se jako atomy, které známe.
Vzhledem k tomu, že pozitronium je vzácné, neexistuje úplný model pozitronové "chémie." Ale z těchto zvláštních "atomů" přichází několik zajímavých věcí. Za prvé mohou existovat s extrémně velkými oběžnými dráhami, které se rozprostírají mezihvězdnými vzdáleností. Pokud obě částice interagují, mohou vytvořit dvojici bez ohledu na vzdálenosti.
Během Černé díry, některé z těchto "atomů" budou mít průměry překlenující vzdálenost větší než náš současný pozorovatelný vesmír. Jelikož jsou vyrobeny z leptonů, atomy pozitronu přežijí protonový úpadek a projdou v době černé díry. Ve skutečnosti, černé díry vytvoří atomy pozitronu radiací. Dokonce i oni budou rozkladat daný dost času, s pozitronem-elektronové dvojice spirály blíž a blíže k vzájemnému zničení. Ale dříve, vesmír může produkovat život způsobem, který jsme nikdy neviděli.
4 Všechno se stane velmi pomalu, včetně myšlení
Jakmile skončí doba černé díry a dokonce i tito hvězdní obři zmizí do temnoty, v našem vesmíru zůstane jen pár věcí, především difuzní subatomové částice a zbývající atomy pozitronu. Jakmile k tomu dojde, všechno ve vesmíru se objeví extrémně pomalu, přičemž každá akce trvá věky. Podle některých teoretických fyziků, hlavně Freemana Dysona, se v tomto čase může stát život v našem vesmíru.
Vzhledem k obrovskému množství času se organický vývoj může začít rozvíjet mezi pozitronem. Bytosti, které se objeví, by byly velmi nepodobné všemu, co jsme viděli. Například by byly obrovské, přesahující mezihvězdné vzdálenosti. Protože ve vesmíru už nebude mnoho, budou mít veškerý prostor, který by mohli chtít. Ale protože tyto životní formy budou tak velké, budou si myslet na míry exponenciálně pomalejší než my. Ve skutečnosti vytváření jediných myšlenek pro tyto bytosti může trvat bilióny let.
To se nám zdá být bláznivé, ale jelikož tyto bytosti budou existovat v obrovských časových rozsahoch, zdá se, že by se jim zdálo být okamžité. Kdyby se tyto bytosti vyvíjely během vytěsňování vesmíru, nebylo by možné, aby mohli uvažovat rychleji, než si myslíte, že myslíte rychleji než ty, které už děláte. Pro bytosti na konci vesmíru bude "spontánní myšlení" na velkých časových stupnicích, ale pouze podle nás. Všechny tyto stvoření věří, že myslí okamžitě. Tyto bytosti budou existovat na obrovské množství času a budou sledovat, jak vesmír kolem nich proniká. I přesto se nakonec zhroutí.
3 Žádné další "Makrofyzika"
V tomto bodě vesmír dosáhne téměř maximálního entropického stavu, což znamená, že to bude jen jednotné pole energie a několik subatomových částic. To bude po čele Černé díry, která se v budoucnu rozšiřuje hluboko do doby kolem deseti let.V tomto okamžiku bude prostor tak rozšířen a temná energie bude tak silná, že již nebudou existovat černé díry a vesmír již nebude mít žádné masivní hvězdné objekty.
Je těžké si představit takový vesmír. Rozšíření bude tak výrazné, že hvězdy, jak je známe, už nebudou tvořit, protože subatomové částice, které tvoří hmotu, budou tlačeny tak daleko od sebe, že nebudou schopny komunikovat bez rychlého cestování než světla . Všechno, co bude existovat, je několik zbloudilých částic, které se vznášejí kolem prázdného kosmu, aniž by dokázali vzájemně reagovat, aby vytvářely atomy pozitronů.
To znamená, že fyzika, jak ji známe, skončí. Jedinými fyzickými modely, které se použijí, bude kvantová mechanika. Kvantové efekty se vyskytují v rozsáhlých mezihvězdných vzdálenostech a v obrovských časových intervalech, což je zcela opačný způsob, jakým nyní vidíme vesmír. Nakonec celková teplota vesmíru klesne na absolutní nulu, což znamená, že nebude žádná energie, která by se mohla přeměnit na práci. V některých modelech se rozšiřující prostor stále urychluje a nakonec se od sebe oddělí prostor-čas. V tomto okamžiku náš vesmír přestane existovat.
2 Tam může být cesta ven
Doposud byla naše cesta do konce vesmíru stále rostoucí sérií nesmírných a depresivních událostí. Ale fyzici nejsou nic, ne-li optimističtí a navrhli způsoby, jak lidské rasy přežít do konce času a dokonce začít znovu vesmír.
Největší možnost uniknout z našeho maximálního entropického vesmíru je použití černých děr předtím, než protonový rozklad znemožňuje život. Černé díry jsou stále obrovské záhady a teoretici Steven Hawking navrhli používat tyto mohutné předměty, aby se dostali do nových vesmírů.
Moderní teorie naznačuje, že bublinové vesmíry neustále pramení z našich vlastních, vytvářejí zcela nové vesmíry s hmotou a možností života. Hawking věří, že černé díry mohou obsahovat průchody k těmto novým vesmíru. Existuje pouze jeden problém. Jakmile projdete hranicí černé díry, nemůžete to zpátky. Jedná se o dobře známou myšlenku ve fyzice. Takže pokud se lidská rasa rozhodla jít do černé díry, jednalo by se o jednosměrnou cestu.
Za prvé by museli najít dostatečně masivní, otáčející se černou díru, aby přežili cestu po obzoru událostí. (Na rozdíl od obecné víry jsou masivní černé díry bezpečnější cestovat.) Pak budoucí vesmírní cestující budou muset doufat, že cesta je zanechá v jednom kuse, ale nikdy nemohou komunikovat se svými přáteli na druhé straně černé díry aby jim to řekli. Každá cesta by se stala skokem víry.
Ale existuje způsob, jak zajistit, aby na nás čeká nový vesmír. Podle Alan Guth by nový dětský vesmír potřeboval pouze 10 fotonů, 10 elektronů, 10 pozitronů, 10 neutrin, 10 antineutrin, 10 protonů a 10 neutronů. To se může zdát jako hodně, ale přidává jen několik uncí materiálu.
Pak by budoucí lidé mohli vytvořit falešné vakuum - což je prostor prostoru, který má potenciál pro expanzi - vytvořený superstrým gravitačním polem. V daleké budoucnosti by lidé mohli získat technologii k vytvoření falešného vakua a začít svůj vlastní vesmír. Vzhledem k tomu, že počáteční inflace vesmíru se stane za zlomek sekundy, nový vesmír se bude rozšiřovat téměř okamžitě, čímž vznikne nový domov pro lidský život, který by žil. Rychlý chmel přes červí díru a my bychom našli bezpečný vesmír, který by pokračoval naše rasy.
1 Náhodná kvantová tunelování může začít znovu
Ale co vesmír opouštíme? Během velkého množství času by nakonec dosáhla maximální entropie a stala se zcela neobyvatelná. Nicméně i v tomto mrtvém vesmíru existuje šance na život znovu. Vědci z kvantové mechaniky vědí o kvantovém efektu zvaném kvantové tunelování. Toto je situace, kdy subatomická částice dokáže dosáhnout energetického stavu, který není klasicky možný.
V klasické mechaniky například kulička nemůže spontánně spustit kopci. To je zakázaný energetický stav. Subatomické částice mají také zakázané energetické stavy v klasické mechaniky, ale kvantová mechanika se točí na hlavě. Někdy mohou částice "tunelovat" do těchto energetických stavů.
Tento proces se již vyskytuje ve hvězdách. Ale když je aplikován na konec vesmíru, objeví se zvláštní možnost. Částice v klasické statistické mechaniky nemohou přejít z vyššího entropického stavu na nižší. Ale s kvantovým tunelováním, mohou a chtějí. Fyzici Sean Carrollová a Jennifer Chenová navrhli myšlenku, že kvantové tunelování může spontánně snížit entropii v mrtvém vesmíru, způsobit nový Velký třesk a znovu začít vesmír. Nedržte dech, který na něj čeká. Snížení spontánní entropie by trvalo 10 let.
Další teorie nám může dát naději na nový vesmír - ten, který pochází z matematiky. V roce 1890 publikoval Henri Poincare jeho větu o opakování, která uvádí, že vzhledem k extrémně dlouhé době se všechny systémy vracejí do stavu, který je velmi blízko k jejich původnímu. To se může týkat termodynamiky, kdy náhodná tepelná fluktuace ve vesmíru s vysokou entropií způsobí, že se vrátí do počátečního stavu, začíná to znovu a znovu. Po letech života by se náš vesmír mohl znovu utvářet a budoucí bytosti žijící v něm by neměly ani tušení, že pocházejí z vesmíru, o kterém víme.