Смерть Вселенной: озвучены варианты конца света

Все должно когда-то закончиться, даже, возможно, прекратит существование и наша Вселенная.

Может быть трудно представить катастрофу, достаточно большую, чтобы исчезла Вселенная, но физики считают, что все это когда-то может произойти, даже раньше, чем мы думаем. Ученые озвучили некоторые из ведущих гипотез о том, как и когда может исчезнуть Вселенная.

Об этом сообщает издание New Atlas.

Около 13,8 млрд лет назад пространство и время вырвались из невероятно плотной сингулярности, и это событие стало известно как Большой Взрыв. С этой точки Вселенная быстро расширялась, материя охлаждалась, появились первые галактики, звезды и планеты.

Но Вселенная все еще расширяется, и делает это с ускорением благодаря таинственной силе, которую ученые называют «темной энергией». Ученые очень мало знают о том, как работает эта сила, но она может сыграть важную роль в судьбе Вселенной.

Большое замерзание
Согласно лучшим моделям эволюции Вселенной, наиболее вероятным сценарием является то, что называется Большое замерзание. Если темная энергия будет вечно ускорять расширение Вселенной — а расчеты предполагают, что так оно и будет, — то космос ждет медленная смерть, которая растянется на периоды, которые даже нельзя подсчитать.

Если бы вы могли просмотреть участок неба в ускоренной перемотке на миллиарды лет, звезды начали бы становиться красными, а затем полностью исчезли бы. Это потому, что расширяющаяся Вселенная будет растягивать длину волны их света все дальше и дальше к красному концу спектра, прежде чем сделать их полностью невидимыми для глаза.

Конечно, даже если бы вы их не видели, далекие звезды и галактики все равно существовали бы — по крайней мере, в течение нескольких триллионов лет. Но через некоторое время расширение будет разбавлять пыль и газ, плавающие в космосе, до тех пор, пока в какой-либо одной области их не станет достаточно, чтобы питать рождение новых звезд. Поскольку звезды больше не рождаются, они в конечном итоге становятся исчезающими, а затем вымершими видами, поскольку последние из них вымирают.

Так начинается «Эра вырождения» Вселенной примерно через 100 триллионов лет. К этому моменту существуют только белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры, но и они исчезнут: белые карлики и некоторые нейтронные звезды медленно остынут, превратившись в невидимых инертных черных карликов, а другие нейтронные звезды превратятся в черные дыры.

К 10-му тредециллиону (единица, за которой следуют 43 нуля) не останется ничего, кроме черных дыр. И даже они не вечны — как и предсказывал Стивен Хокинг, черные дыры медленно испускают излучение, пока в конце концов не испарятся.

Когда исчезнут и все черные дыры, Вселенная вступит в свой последний век — Темную эру. Свет и материя — далекие воспоминания, а оставшиеся свободные частицы будут одиноко существовать в пространстве. И больше ничего никогда не произойдет во Вселенной.

Большой разрыв
Похожий сценарий приводит к гораздо более драматичной смерти, причем гораздо раньше. В этой модели темная энергия не просто ускоряет расширение Вселенной в постоянном темпе, она ускоряется экспоненциально, в конечном итоге разрывая на части саму ткань реальности — финал, называемый Большим разрывом.

Есть физический предел расстояния в космосе, которое мы могли бы когда-либо увидеть, даже если бы у вас был самый мощный телескоп. Этот предел продиктован скоростью света — в определенный момент объекты находятся слишком далеко, чтобы их свет успел достичь Земли. Эта область называется наблюдаемой Вселенной.

В модели Большого разрыва экспоненциально ускоряющееся расширение выталкивает все больше и больше объектов за эту границу, а это означает, что наблюдаемая Вселенная постоянно сжимается. Любые два объекта, которые находятся дальше друг от друга, чем позволяет эта граница, больше не могут влиять друг на друга посредством фундаментальных сил, таких как гравитация или электромагнетизм.

По мере того, как это расстояние будет уменьшаться, крупномасштабные структуры Вселенной начнут разрушаться — по мере уменьшения влияния гравитации она не сможет удерживать скопления галактик вместе, и они начнут растворяться. В конце концов то же самое произойдет и с самими галактиками, и звезды будут дрейфовать сами по себе. Позже космический горизонт событий сожмется за пределы масштаба отдельной звездной системы, а это означает, что планеты больше не будут привязаны к своим орбитам вокруг звезд.

В последние несколько минут существования этот горизонт событий сожмется до размера молекул, разрушив силы, которые удерживают материю вместе, уничтожив звезды, планеты и все, что на них. И, наконец, сами эти свободные атомы будут разорваны на части частица за частицей. Последняя жертва — сама ткань пространства-времени.

Ученые, которые предлагают эту модель, предсказывают, что, если это произойдет, Вселенной останется жить около 22 млрд лет. К счастью, другие ученые считают, что этот сценарий включает нереалистичные параметры, поэтому вероятность его реализации меньше, чем у некоторых других идей из этого списка.

Большое сжатие
Возможно, Вселенная исчезнет совершенно по-другому  — вместо того, чтобы навсегда превратиться в небытие, она изменит курс и произойдет так называемое Большое сжатие.

В космическом перетягивании каната между гравитацией, пытающейся сблизить все воедино, и темной энергией, пытающейся разорвать ее на части, ученые обычно отдают предпочтение в пользу темной энергии, что в конечном итоге приводит к финалу «Большого замерзания» или «Большого разрыва». Но нельзя полностью исключать гравитацию..

Если плотность материи во Вселенной достаточно высока, ее гравитация может преодолеть расширение и вместо этого вызвать фазу сжатия. Все начнет двигаться ко всему остальному, когда Вселенная снова сожмется. Как и в нашей текущей фазе расширения, никто из живущих в то время не будет затронут напрямую — по крайней мере, до самого конца.

Скопления галактик начнут сливаться, затем сами галактики, и, наконец, отдельные звезды будут сталкиваться более регулярно. Но настоящая беда начинается с космического микроволнового фона — фонового излучения Вселенной, оставшегося после Большого взрыва. По мере того как его фотоны смещаются в сторону синего конца спектра, это излучение нагревается, пока в конце концов не станет горячее звезд. Это означает, что звезды больше не могут излучать свое тепло наружу и будут становиться все горячее и горячее, пока не испарятся.

В последние несколько минут температура Вселенной станет настолько высокой, что сами атомы развалятся. Атомы затянет в черные дыры, которые занимают все большую часть сжимающейся Вселенной. В конце концов, все содержимое Вселенной будет сжато в невероятно маленькое пространство — сингулярность, подобную обратному Большому Взрыву.

Многие ученые дают разные оценки того, когда может начаться эта фаза сокращения. Это может быть еще через миллиарды лет. Или, согласно недавнему исследованию, это может произойти довольно скоро, с космической точки зрения, поскольку Вселенная изменит курс примерно через 100 млн лет. В этой модели фаза сжатия займет около миллиарда лет, прежде чем произойдет возврат к этой сингулярности.

Большой отскок
Вариант вышеупомянутой гипотезы предполагает, что за несколько мгновений до того, как Вселенная сожмется в бесконечно плотную сингулярность, она будет спасена квантовыми процессами и снова изменит курс, начав новый период расширения, который по сути является еще одним Большим взрывом для совершенно новой Вселенной. Эта модель известна как Большой отскок.

Сторонники этой идеи говорят, что в мире квантовой физики есть некий прецедент — в конце концов, когда Вселенная сжимается до сингулярности, она становится настолько маленькой, что квантовые правила берут верх над законами классической физики. В этот момент может произойти квантовое туннелирование, когда частицы могут преодолевать барьеры, через которые, по общему мнению, у них не должно быть достаточно энергии, чтобы пройти. Это приводит к таким процессам, как радиоактивный распад, и, согласно недавнему исследованию, также может позволить сжимающейся Вселенной «избежать» участи полного коллапса и снова начать расширяться.

Интересно, что гипотеза Большого отскока исходит из другой теории, называемой петлевой квантовой гравитацией, которая была создана как способ объяснить гравитацию с точки зрения квантовой механики.

Большой хлопок
Последний сценарий конца света в этом списке, пожалуй, самый тревожный, потому что он уже может обрушиться на нас, и мы не узнаем, пока это не случится. Это называется ложным распадом вакуума или Большим хлопком.

Закон физики гласит, что система естественным образом пытается стать стабильной. Для этого она переходит из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, пока не стабилизируется в самом низком из возможных энергетических состояний. Для квантовых полей это известно как его вакуумное состояние. Считается, что все известные квантовые поля находятся в стабильных вакуумных состояниях, кроме одного: поля Хиггса. Кажется, что оно находится в состоянии ложного вакуума, а это означает, что в настоящее время это поле кажется стабильным, но, по прогнозам, не находится в состоянии с самой низкой энергией.

Но это может измениться без предупреждения. Буквально в любую секунду поле Хиггса может внезапно перейти в более низкое энергетическое состояние, уничтожив при этом огромный кусок (если не всю) Вселенной. Все, что потребуется, — это чтобы одна крошечная точка в пространстве коллапсировала в это более низкое энергетическое состояние, которое отправило бы пузырь распада вакуума, расширяющийся наружу со скоростью света. Двигаясь так быстро, мы даже не могли его увидеть, пока стена этого пузыря не врезалась в Землю.

Что произойдет, когда мы окажемся внутри этого пузыря? Никто не знает этого. Есть шанс, что жизнь станет возможной при новой физике, но вселенная может быть настолько совершенно другой, что мы даже не можем себе этого представить. В худшем случае вся материя будет уничтожена.

Некоторые модели предсказывают, что распад ложного вакуума вряд ли произойдет в ближайшие миллиарды лет или вообще невозможен. Другие предполагают, что это должно было произойти к настоящему времени, указывая на то, что наша нынешняя Вселенная на самом деле может быть странной новой физикой внутри пузыря.